СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Легкие бетоны

Бетоны на пористых заполнителях

Легкие бетоны на пористых заполнителях получают все большее применение в строительстве благодаря меньшей плотности при дос­таточно большой прочности и ряду сравнительно благоприятных свойств — повышенной долговечности, морозостойкости, водоне­проницаемости, огнестойкости, коррозионной стойкости, меньшей теплопроводности и стоимости. Минеральная преимущественно ос­нова легких бетонов и отсутствие вредных примесей в используемом сырье делает эти бетоны экологически чистыми и безопасными. Это позволяет успешно использовать их в несущих сборных И МОНОЛИТ-

273

ных конструкциях — колоннах, плитах перекрытий, балках, фермах, пролетных строениях мостов, куполах, каркасах высотных зданий, силосах, элеваторах и др. сооружениях; в ограждающих конструкци­ях — однослойных наружных стенах и плитах покрытий, а также в качестве теплозвукоизоляционного материала в слоистых конструк­циях наружных стен и плит покрытий, межквартирных перегородках и междуэтажных перекрытиях.

Широта и эффективность применения легких бетонов на порис­тых заполнителях в различных областях строительства связаны с развитием производства, совершенствованием технологии и повы­шением качества пористых заполнителей, в том числе из нетрадици­онных сырьевых источников.

Пористые заполнители, используемые для изготовления легких бетонов, подразделяются на природные и искусственные. Природные получают путем дробления и рассева на фракции горных пород — вулканического туфа, лавы, пемзы, известняка-ракушечника и других пористых горных пород.

Искусственные пористые заполнители являются продуктами термической обработки минерального сырья, а также отходами ме­таллургической и химической промышленности — доменные, элек- тротермофосфорные и топливные шлаки и золы ТЭС.

Традиционно выпускаемые пористые заполнители

Керамзитовый гравий — легкий пористый и прочный заполни­тель насыпной плотностью 250...800 кг/м3 — получают обжигом при 1000... 1200 °С сырцовых гранул, приготовленных из вспучи­вающихся глин. При обжиге из глины выделяются газообразные продукты, образующиеся при дегидратации минералов глин и выго­рании органических примесей, которые вспучивают гранулы. Вспу­чиванию способствует выделение С02 в реакции восстановления окиси железа в закись — Fe203+CO—>C02+2Fe О при обжиге в вос­становительной среде. Керамзит является основным видом пористо­го заполнителя.

Керамзитовый песок крупностью до 5 мм получают обжигом мелких глиняных гранул во взвешенном состоянии (кипящем слое), а также путем дробления зерен гравия.

Шлаковая пемза — это пористый быстроохлажденный расплав металлических шлаков (обычно доменных), вспучивающихся за счет выделяющихся из шлаков растворенных газов и пара при их быст-

274

ром охлаждении. Большие куски пемзы дробят и рассеивают на фракции. Производство шлаковой пемзы в качестве побочного про­дукта организуется предприятиями металлургической промышлен­ности.

Гранулированные шлаки (доменный и электротермофосфорный) представляют собой крупные пористые зерна размером 5... 10 мм.

Топливные шлаки — кусковые пористые материалы, получаю­щиеся в результате вспучивания и спекания глинистых примесей, содержащихся в угле при его сжигании в топках котельных. Шлаки дробят и рассеивают на фракции, частично удаляют несгоревшие частицы угля и золу, из которой затем делают зольный и глинозоль­ный гравий.

Аглопорит получают обжигом глиносодержащего сырья с до­бавлением 8... 10% каменного угля на решетках агломерационных машин. Уголь выгорает и частицы сырья спекаются. Для изготовле­ния аглопорита пригодны легкоплавкие глины, лессы, золы, шлаки и углесодержащие шахтные породы. Алгопорит выпускают в виде по­ристого песка, щебня и гравия.

Шунгизит получают вспучиванием при обжиге до 1120... 1150 °С графитосодержащей сланцевой породы — шунгита. Шунгизит явля­ется разновидностью керамзита, но меньшей прочности.

Вспученный перлит получают обжигом при 950... 1200 °С водо­содержащих вулканических стеклообразных пород — обсидана, перлита, пехштейна. Выделяющаяся при обжиге вода в парообраз­ном состоянии вспучивает гранулы исходной породы с увеличением объема в 10.. .20 раз.

Вспученный вермикулит образуется вспучиванием при обжиге до 1000... 1200 °С гидрослюд, содержащих 8... 18% связанной воды. Начальный их объем при выделении этой воды в парообразном со­стоянии увеличивается в 15...20 раз. Вспученный вермикулит имеет вид пористого песка и щебня. Насыпная плотность их —

80.. .300 кг/м3.

Истощение сырьевой базы хорошо вспучивающихся глин требу­ет разработки новых способов получения пористых заполнителей из других видов сырья. В мировой практике накоплен большой опыт получения пористых заполнителей из техногенных отходов, в пер­вую очередь металлургических и топливных шлаков и зол. В частно­сти, из шлаков ферросплавного производства получен шлакостекло- гранулянт (ШСГ) двух классов по назначению: А — для конструк­ционно-теплоизоляционных бетонов и Б - для конструкционных, в том числе высокопрочных, классов до В80 включительно. Себестои­мость ШСГ в 3...5 раз меньше, чем керамзита, а энергозатраты на производство — на порядок без снижения прочности.

Из шлакозольных отходов ТЭС получен малоэнергоемкий по­ристый заполнитель — шлакозит, обладающий прочностью на сжа­тие в цилиндре 8 МПа при насыпной плотности 800 кг/м3. Является перспективным конструкционным материалом.

Имеется положительный опыт изготовления пористого гравия типа керамзита из отходов углеобогащения, содержащих до 15% не­сгоревшего угля.

Использование техногенных отходов для производства высоко­качественных пористых заполнителей повышенной прочности и ма­лой насыпной плотности представляет собой новое направление в технологии пористых заполнителей и легких бетонов, развиваемое в России, США и других странах, предопределяемое неограниченны­ми запасами этих отходов и природоохранными требованиями их утилизации.

Для теплоизоляционных и некоторых конструкционно-тепло­изоляционных легких бетонов применяют органические легкие за­полнители из древесины, стеблей хлопчатника, костры, гранул пено - полистирола и пенополиуретана, пористого стекла, различных воло­кон и др.

Наибольшее применение для изготовления легких бетонов из перечисленных органических заполнителей получили пенополисти - рольные гранулы размерами 0,6...20 мм с насыпной плотностью

10.. .35 кг/м3. Бетон, изготовленный на таких гранулах, называется полистиролбетоном.

Пористые заполнители, так же как и плотные, делят на крупные (пористый гравий или щебень) с размером кусков 5^40 мм и мелкие (пористый песок), состоящие из частиц менее 5 мм. Пористый песок рассеивают на две фракции ■— до 1,2 мм (мелкий песок) и 1,2-5 мм (крупный песок). Пористый щебень (гравий) следует разделять на фракции — 5-10, 10-20, 20-40 мм.

По насыпной плотности в сухом состоянии (кг/м3) пористые за­полнители разделяют на марки 250... 1100.

Прочность пористого щебня (гравия) определяют по стандарт­ной методике путем раздавливания зерен в стальном цилиндре и подразделяют на марки: не менее 5 (для засыпок) и от 25 до 200 для бетонов.

Пористый гравий, щебень и песок периодически должны испы­тывать на теплопроводность и радиационно-гигиеническую оценку.

Теория легких бетонов основана на зависимости прочности легкого бетона, плотности и коэффициента выхода от расхода воды, установленной Н. А. Поповым (рис. 10.15). Коэффициент выхода вы­числяют по формуле

SHAPE * MERGEFORMAT

(10.12)

где V6ciV[f, Vu, VK — объемы: уплотненной бетонной смеси и на­сыпные цемента, мелкого и крупного заполнителей; /? — всегда меньше единицы (0,6-0,8).

Кривая зависимости прочности от расхода воды имеет две ветви. Левая (восходящая) показывает, что прочность бетона при повыше­нии расхода воды постепенно возрастает. Это объясняется увеличе­нием удобоукладываемости бетонной смеси и плотности бетона. Правая (нисходящая) ветвь кривой свидетельствует о том, что после достижения наибольшего уплотнения смеси (т. е. минимального ко­эффициента выхода) увеличение расхода воды приводит к возраста­нию объема пор, образованных несвязанной цементом водой, и к понижению прочности бетона.

Рис. 10.15. Зависимость прочности легкого бетона и коэффициента выхода от расхода воды затворения:

• оптимальное количество воды

В легком бетоне отчетливо проявляется вредное влияние недос­татка воды и меньше — ее избытка.

Прочность легкого бетона R зависит от марки цемента, цемент­но-водного отношения, прочности пористого заполнителя и может быть приближенно определена по формуле (10.2), имеющей в опре­деленных границах Ц/В такой же вид, как и для тяжелых бетонов: R = АЯц(Ц/В -Ь), только безразмерные параметры А и Ь другие.

Чем ниже прочность пористого заполнителя, тем меньше величины АпЬ.

При оптимальном количестве воды затворения, подобранном для применяемых цемента и заполнителей, прочность легкого бетона зависит главным образом от марки и расхода цемента:

R = KRij (Ц-Ц0), (10.13)

где Кп Ц0 — параметры, определяемые путем испытания образцов бетона, изготовленных с оптимальным количеством воды, но с раз­ными расходами цемента и твердевших в тех же условиях, что и лег­кобетонные изделия (К — безразмерный, Ц0 — имеет размерность расхода цемента).

Свойства легких бетонов. Качество легких бетонов оценивают двумя важнейшим показателями — классами по прочности на сжатие (В, МПа) и марками по средней плотности (D, кг/м3).

По средней плотности в соответствии с назначением и классами по прочности на сжатие легкие бетоны подразделяются на:

— теплоизоляционные, D<500; ВО,35; ВО,5; ВО,75; Bl; Bl,5; В2;

— конструкционно-теплоизоляционные, D500...D1400; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10;

— конструкционные, D1400...D2000; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В50; В60. Допускается применение классов В22,5 и В27,5 вместо В25 и В30 при технико-экономическом обосновании.

Все перечисленные виды бетонов могут использоваться для из­готовления как сборных, так и монолитных, в том числе армирован­ных конструкций. Особенно эффективны по параметрам энергоре­сурсосбережения и массы, здания, построенные целиком из легких бетонов. Для ограждающих одно - и многослойных конструкций зда­ний разной этажности широко используется полистиролбетон D200...D500 классов по прочности на сжатие В0,35...В2,5 и тепло­проводностью в сухом состоянии Xq = 0,065...0,13 Вт/(м °С). Моди­фицированный полистиролбетон на малоклинкерном композицион­ном вяжущем, содержащем не более 25...30% клинкера, и высоко - поризованной пластифицированной матрице, разработанный НИИЖБ, имеет среднюю плотность D150...D250, классы по прочно­сти на сжатие ВО, 15...ВО,5, теплопроводность Хо = 0,052...0,075 Вт/(м °С). Он используется для монолитной теплоизоляции слои­стых наружных стен и плит покрытий. Имея хорошее сцепление с конструкционными слоями, монолитный полистиролбетон обеспе­чивает совместную работу всех слоев конструкции как единого це­

лого. Отпадает надобность в связях, повышается теплотехническая однородность, снижается теплопроводность и толщина ограждаю­щей конструкции. Из конструкционно-теплоизоляционного поли - стиролбетона средней плотности D300...D600, классов по прочности на сжатие В1...ВЗ,5, делают стеновые мелкие и крупные блоки, ис­пользуемые для кладки не несущих и самонесущих однослойных и с облицовкой наружных стен. Аналогичное применение имеют легкие бетоны и на других пористых заполнителях — керамзите, гранули­рованном пеностекле, вулканическом пепле и трепеле. Легкий бетон на этих заполнителях имеет среднюю плотность D300...D700, клас­сы по прочности на сжатие — В0,5...ВЗ,5 и теплопроводность — Ао=0,1...0,2 Вт/(м-°С).

Конструкционные легкие бетоны широко применяются для изго­товления сборных, в том числе преднапряженных, и монолитных бе­тонных и железобетонных конструкций, обеспечивая высокий техни­ко-экономический эффект — снижение массы зданий, расхода арма­туры и площади сечений конструкций, что существенно уменьшает расчетную нагрузку, в которой до 50% составляет собственный вес конструкций. Специфические свойства легких бетонов особенно про­являются при высотном строительстве зданий: существенно повыша­ют их энергоэффективностъ. Сейсмостойкость, огнестойкость и пожа­робезопасность снижают начальные и эксплуатационные расходы.

Для изготовления высокопрочного легкого бетона средней плотности D1800...D2000 классов В50...В90 для конструкций вы­сотных зданий, платформ на морских шельфах, большепролетных строений мостов, аэродромов, силосов и элеваторов диаметром бо­лее 20 м, высотой 60...80 м, кольцевых опорных балок сводов - оболочек и других сооружений используется прочный пористый за­полнитель (керамзит, шлаковая пемза, шлакостеклогранулят) фрак­ций 5... 10 мм с прочностью на сжатие в цилиндре 8,5.. .9 МПа и на­сыпной плотностью 600...800 кг/м3. Пористый песок в этом случае полностью или частично заменяется на плотный.

Морозостойкость и водонепроницаемость легких бетонов уста­навливаются в зависимости от назначения и условий эксплуатации конструкций и могут достигать для конструкционных бетонов мос­тов, морских платформ, высоконапорных труб, безрулонных кро­вельных плит, аэродромов и других гидротехнических сооружений высоких марок по морозостойкости F > 1000 и водонепроницаемости W20. Для наружных стен зданий обычно применяют легкие бетоны марок по морозостойкости F25; F35; F50, по водонепроницаемости — W2, W4.

Высокие морозостойкость и водонепроницаемость легких бето­нов обусловлены формированием плотной контактной зоны порис­тых заполнителей с цементирующей матрицей и мелкими замкну­тыми, равномерно распределенными порами в цементном камне матрицы. Малая водопроницаемость плотных легких бетонов под­тверждается долговременной эксплуатацией возведенных из них гидротехнических сооружений в Армении и Грузии, а также испыта­нием напорных железобетонных труб. Со временем, как показывают испытания, водопроницаемость легких бетонов уменьшается вслед­ствие закупорки части пор в цементном камне продуктами продол­жающейся гидратации цемента.

Теплопроводность является важной строительной характеристи­кой легких бетонов, определяющей наряду с прочностью и средней плотностью эффективность их применения в ограждающих и несу­щих конструкциях.

Разработанные новые стандарты организаций РОИС[8] (СТО 00044807-001-2006) и РНТО[9] (СТО 17532043-001-2005), устанавли­вающие рациональные, с учетом энергосбережения, нормы сопро­тивления теплопередаче ограждающих конструкций, позволяют де­лать их однослойными небольшой, 0,3...0,5 м, толщины, что значи­тельно улучшает их тепловлажностный режим и повышает долго­вечность. Средняя плотность легких бетонов на неорганических по­ристых заполнителях (керамзите, шлаковой пемзе, перлите, верми­кулите, шунгизите, зольном гравии) и пенополистирольных грану­лах, удовлетворяющая этим нормам, составляет 500...800 кг/м[10] при теплопроводности по группе Б СНиП П-3-79*-0,18.. .0,26 Вт/(м °С).

Стандарты, таким образом, возвращают в практику строительст­ва традиционные строительные материалы - кирпич, легкие бетоны, хорошо зарекомендовавшие себя в однослойных наружных стенах на протяжении многих столетий.

Снижение теплопроводности легкого бетона на минеральной основе возможно за счет уменьшения насыпной плотности неорга­нических пористых заполнителей без снижения их прочности, а так­же модифицирования и снижения плотности и теплопроводности цементирующей матрицы.

Крупнопористый бетон

В состав крупнопористого (беспесчаного) бетона входит гра­вий или щебень крупностью 5-20 мм, портландцемент или шла­копортландцемент М300-М400 и вода. За счет исключения песка из состава крупнопористого бетона его плотность уменьшается при­мерно на 600—700 кг/м3 и составляет 1700-1900 кг/м3. Отсутствие песка и ограниченный расход цемента (70-150 кг/м3) позволяют по­лучить пористый бетон теплопроводностью 0,55-0,8 Вг/(м °С) и марками М15-М75. Крупнопористый бетон целесообразно приме­нять в районах, богатых гравием. Из крупнопористого бетона возво­дят монолитные наружные стены зданий, изготовляют крупные сте­новые блоки. Стены из крупнопористого бетона оштукатуривают с двух сторон, чтобы устранить продувание.

Крупнопористый бетон на пористом заполнителе (керамзитовом гравии и т. п.) имеет небольшую плотность (500-700 кг/м3) и исполь­зуется как конструкционно-теплоизоляционный материал.

Г ипсобетон

Гипсобетон изготовляют на основе строительного гипса, высо­копрочного гипса и гипсоцементнопуццоланового вяжущего, обес­печивающего получение водостойких изделий. Для уменьшения плотности стремятся применять пористые заполнители (топливные шлаки, керамзитовый гравий, шлаковую пемзу и т. п.), а также ком­бинированный заполнитель из кварцевого песка и древесных опилок. С этой целью вводят породообразующие добавки, позволяющие сни­зить плотность гипсобетона. Для повышения прочности на изгиб и уменьшения хрупкости в состав гипсобетона вводят волокнистые наполнители (древесные волокна, измельченную бумажную массу и т. п.).

Крупноразмерные изделия изготовляют способом непрерывного вибропроката на специальных станах. Отформованные затвердевшие изделия высушивают в сушильных камерах.

Плотность гипсобетонов в зависимости от применяемого запол­нителя и водогипсового отношения составляет 1000-1600 кг/м3, а марки — М25 и М50.

Гипсобетон широко применяют для изготовления сплошных и пустотелых плит перегородок. Плиты можно армировать штукатур­ной дранью, камышом и т. п. Стальная арматура (проволока) должна быть защищена от коррозии специальной обмазкой (цементно­казеиновой, битумной или полимерной). На водостойком гипсоце - ментнопуццолановом вяжущем изготовляют мелкие камни и круп­ные блоки для внутренних и наружных стен жилых, сельскохозяйст­венных производственных зданий с относительной влажностью по­мещений до 75%.

Ячеистые бетоны

Ячеистый бетон — это искусственный экологически чистый камень ячеисто-пористой структуры, малой средней плотности (200... 1200 кг/м3) и теплопроводности (0,06...0,23 Вт/(м °С) в сухом состоянии) получаемый при твердении высокопоризованной смеси минерального вяжущего, заполнителя, наполнителей и специальных добавок. По структуре он напоминает природную вулканическую пемзу.

Ячеистые бетоны обладают высокими теплозащитными свойст­вами и достаточно большой прочностью, позволяющими широко использовать их при соответствующей средней плотности в наруж­ных стенах зданий разной этажности, армированных плитах покры­тий и перекрытий, стеновых панелях и перемычках, а также в каче­стве эффективного утеплителя, звукоизоляционного и звукопогло­щающего материала и пористых заполнителей для легких бетонов.

Особенно широкое применение имеют мелкие стеновые блоки 0,6x0,25x0,3(0,2)м из автоклавного газобетона средней плотности

400.. .600 кг/м3, укладываемые на клеевом растворе.

Для малоэтажного строительства заводы ячеистого бетона по­ставляют полные комплекты деталей зданий, включающие стеновые блоки, перемычки, перегородочные плиты, плиты покрытий и пере­крытий.

Свойства ячеистого бетона

Прочность и плотность являются определяющими качествен­ными показателями ячеистого бетона. Взаимосвязь между ними дос­таточно хорошо описывается эмпирической зависимостью в виде кубической параболы i? = 53D3 -56D2 + 29D -3,6МПа (здесь D — средняя относительная плотность ячеистого бетона в долях едини­цы). Расчеты по ней дают хорошее совпадение с экспериментальны­ми данными. Например, для D = 0,5, R = 3,5 МПа, или 36 кгс/см2;

282

D = 0,6, R= 5,1 МПа, или 52 кгс/см2; D = 0,2, R = 0,384 МПа, или 4 кгс/см2.

Установлены следующие классы ячеистого бетона по прочности на сжатие (в интервале средних плотностей 300... 1200 кг/м3): ВО,5; ВО,75; В1; Bl,5; В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12.5; В15 МПа.

Соотношение между маркой кгс/см2 и классом ячеистого бетона

в МПа составляет R /В = 14,139.

Водопоглощение и морозостойкость ячеистого бетона зависят от качества его газовоздушной и капиллярной пористости цементного камня, перегородок между газовоздушными порами. При замкнутом характере последних и сокращении капиллярной пористости перего­родок водопоглощение ячеистого бетона резко снижается, а морозо­стойкость возрастает. В указанном интервале плотностей водопогло­щение ячеистого бетона составляет в среднем 21...42% по объему, а пористость 87,5...53%, т. е. поры заполняются водой неполностью, что обеспечивает ячеистому бетону достаточно высокую морозостой­кость. Установлены следующие марки по морозостойкости: F15; F25; F35; F50; F75; F100. Они назначаются в зависимости от вида и клима­тических условий эксплуатации конструкций. В частности, для на­ружных стен из ячеистого бетона средней плотности 400...600 кг/м3 устанавливаются марки по морозостойкости: F15; F25; F35 и F50.

Теплопроводность ячеистого бетона зависит от влажности, увеличиваясь на (3...5)‘10'3Вт/м °С на 1% влажности. Эксплуатаци­онная влажность ячеистого бетона в наружных стенах, устанавли­вающаяся через 2...3 года, составляет 5...8%, что учитывается при определении расчетного значения теплопроводности.

Усадка. Проявляется при высыхании ячеистого бетона от на­чальной технологической влажности 20...35% до равновесной экс­плуатационной 5...8% и составляет 0,05...0,07% или 0,5...0,7 мм/м при автоклавном твердении.

Огнестойкость. Ячеистый бетон — негорючий материал, обла­дает повышенной огнестойкостью вследствие малой теплопроводно­сти. Выдерживает одностороннее действие огня до 800 °С без раз­рушения в течение 3...4 ч. Несущая способность изгибаемых газобе­тонных конструкций сохраняется при нагреве вплоть до

400.. .500 °С.

Звукоизоляция и звукопоглощение. Звукоизолирующие свой­ства ячеистого бетона, как и любого другого материала, зависят от его средней плотности, пористости и модуля упругости. Для одно­слойных конструкций звукоизоляция есть функция массы 1 м2 кон­струкции. При массе наружных стен из газобетона D400...D500кг/м3, 250...200 кг/м2 звукоизолирующая их способ­ность составляет 47...42 Дб, что соответствует нормативным требо­ваниям.

Ячеистый бетон благодаря высокой пористости может эффек­тивно использоваться для устройства звукопоглощающих облицовок ограждающих конструкций с целью снижения уровня звукового дав­ления на рабочих местах и местах постоянного пребывания людей, превышающего требуемое ДЬтр= 5... 12 Дб. При построении струк­туры звукопоглощающего ячеистого бетона учитывается спектраль­ная и частотная характеристика источника шума.

Экономическая эффективность. Конструкции из ячеистого бе­тона по сравнению с функционально-эквивалентными конструкция­ми из других материалов оказываются в 1,3... 1,5 раза легче и дешев­ле. Это различие особенно проявляется при сравнении однослойных из газобетона и многослойных наружных стен с утеплителями из пенополистирола, пеноизола и минераловатных плит, особенно если учесть меньшую долговечность слоистых стен.

Технология ячеистого бетона. В зависимости от способа обра­зования ячеистой структуры ячеистые бетоны подразделяются на газобетоны, пенобетоны и газопенобетоны. Первые получают путем введения в исходные смеси газообразователей, вторые — пенообра­зователей, третьи — тех и других поочередно или одновременно.

Сырьевые материалы. В качестве вяжущих применяют: порт­ландцемент, шлакопортландцемент марок > 400; известь-кипелку активностью > 70% (по содержанию CaO+MgO); цементно- известковое или известково-цементное вяжущее с соотношением

цемент: известь < 50%; шлак доменный гранулированный с активи-

заторами твердения; высокоосновное зольное вяжущее, содержащее свободного СаО не менее 20%

В качестве заполнителей используется кварцевый песок с со­держанием кварца не менее 85%; полевошпатовый песок и тонко­дисперсные продукты обогащения руд с содержанием кварца не ме­нее 60%, кислые золы-уноса ТЭС с электрофильтров.

Тонкость помола заполнителей принимается обратно пропор­циональной средней плотности ячеистого бетона. Средний размер частиц заполнителя при этом не должен превышать толщину перего­родок между газовоздушными порами. Для средней плотности D200кг/м3, например, она должна быть 380...400 м2/кг, а для

D1100...D1200 кг/м3 может использоваться немолотый песок с мо­дулем крупности <1.

Для уплотнения структуры и повышения прочности цементного камня в состав ячеистого бетона вводят высокодисперсные кремне­земистые и карбонатные наполнители — микрокремнезем, тонкомо­лотые золы, шлаки, перлит, мел и др. в количестве 5... 15% массы цемента.

Для регулирования процессов структурообразования и ускоре­ния твердения ячеистого бетона применяют пластификаторы JICT, С-3, жидкое стекло, едкий натр, сульфат натрия, хлористый кальций, натрий и др.

В качестве газообразователей используют разные вещества, раз­лагающиеся с выделением газов. Наиболее распространенными га - зообразователями являются металлические пудры - цинковая, маг­ниевая, алюминиевая. Последняя получила наибольшее применение. В щелочной среде она корродирует с выделением молекулярного водорода, вспучивающего исходную смесь

2А1+ЗСа(ОН)2+6Н20-*ЗСаОА1203-6Н20+ЗН2.

Алюминиевая пудра применяется в виде водной суспензии или пасты.

В качестве пенообразователей для изготовления пенобетона и газопенобетона применяют:

— на основе гидролизатов белков — ГК, CDO, клееканифоль­ный, Неопор, Унипор, Ника, ПО-6, ПБ-2000;

— на синтетической основе — Прогресс, Сульфанол, Пеност - ром, Морпен и др.

Основными показателями, характеризующими качество пенооб­разователей, являются: кратность и устойчивость образуемой пены, а также экранирующее их действие на процессы структурообразова­ния и прочность пенобетона. Белковые пенообразователи предпоч­тительны для пенобетона пониженной средней плотности < 500 кг/м3.

Приготовление смесей и формование изделий

Для приготовления исходных смесей компонентов ячеистого бе­тона используют скоростные смесители, обеспечивающие за 5...8 минут получение высокооднородной минеральной суспензии. При изготовлении газобетона приготовленная смесь выливается в форму, в которой происходит ее вспучивание на заданную высоту за счет выделяющегося водорода.

В зависимости от способа формования газобетонных изделий исходные смеси готовят жидкотекучей или вязкой консистенции. Жидкотекучие смеси, содержащие 50...60% воды, вспучиваются самопроизвольно без внешних воздействий в течение 15...20 мин. Для ускорения процессов вспучивания, схватывания и твердения смеси при изготовлении нагревают до 40...45 °С, затворяя их горя­чей водой.

Вязкие смеси, содержащие на 30...40% меньше воды, в процес­сах их изготовления и вспучивания (или только вспучивания) под­вергают вибрации. Она вызывает тиксотропное разжижение смесей, обеспечивая ускоренное их вспучивание, а при прекращении вибра­ции — твердение, обусловленное восстановлением разрушенной структуры.

Газобетон, полученный по вибрационной технологии в отличие от литьевой, использующей жидкотекучие смеси, быстрее вспучива­ется и твердеет, имеет меньшую влажность после тепловой обработ­ки, усадку и ползучесть, особенно при изготовлении на «холодных» смесях и грубодисперсном песке.

Вибротехнология ячеистого бетона была разработана в СССР в конце 50-х годов и внедрена на ряде заводов.

В настоящее время на новых заводах, построенных в России и странах СНГ, так же как и за рубежом, используется в основном литьевая технология газобетона, обеспечивающая, при высоком ка­честве исходных сырьевых материалов, соответствующее европей­ским нормам качество продукции.

Изготовление пенобетона может осуществляться тремя спосо­бами. Первый предусматривает раздельное приготовление исходной минеральной смеси и пены, которые затем смешиваются с образова­нием пенобетонной смеси. Она заливается в форму изделия на пол­ную высоту. Второй способ предусматривает поризацию исходной смеси, содержащей пенообразователь, в процессе скоростного пере­мешивания. Третий предусматривает минерализацию приготовлен­ной пены сухими компонентами смеси при перемешивании.

При изготовлении газопенобетона вначале готовится поризован - ная смесь с ограниченным содержанием пенообразователя, в кото­рую затем вводят расчетное количество алюминиевой суспензии; смесь дополнительно перемешивается, после чего заливается в при­готовленную форму и вспучивается, заполняя оставшийся ее объем.

По всем технологиям формуют преимущественно крупные мас­сивы ячеистого бетона (6х 1,5x0,65 м, например по немецкой техно­логии), которые после предварительного твердения разрезают стру­нами на изделия заданных размеров, после чего направляют на тепловую обработку в автоклавы, пропарочные камеры или камеры нормального твердения (для неавтоклавного пено - и газобетона).

По сравнению с газобетоном пено - и пеногазобетоны характе­ризуются недостаточной стабильностью и замедленным структу - рообразованием вследствие малой изученности физико­химических процессов и явлений на поверхности раздела взаимо­действующих фаз.

Твердение ячеистого бетона. Осуществляется, как правило, в автоклавах в среде насыщенного водяного пара при температуре

180.. .190°С и давлении 1,0...1,2 МПа в течение 14...18 ч. Авто­клавная обработка обеспечивает повышенную прочность, малую усадку и стабильные показатели качества продукции, позволяет максимально использовать техногенные отходы, известь и сокра­тить расход цемента.

В автоклаве под влиянием высокой температуры и щелочной сре­ды зерна кварцевого песка частично с поверхности растворяются и вступают во взаимодействие с гидроксидом кальция с образованием малоосновных нерастворимых в воде, прочных и значительно закри­сталлизованных гидросиликатов кальция типа CSH(B) и тоберморита С58бН5, по общей схеме nSi02+mCa(OH)2+pH20 = mCa0nSi02(p+l)H20, придающих ячеистому бетону высокую прочность, малую усадку и водостойкость.

В последние годы активно развивается производство неавто­клавного пенобетона и газобетона на цементном вяжущем. Качест­венные их показатели приближаются к автоклавному газобетону при значительно меньшей энерго - и металлоемкости, особенно при есте­ственном твердении и использовании теплоты гидратации цемента и извести. Твердение ячеистого бетона в этом случае осуществляется в термосных камерах при t = 70.. ,90°С.

В ячеистом бетоне автоклавного твердения стальная арматура подвергается коррозии в связи с пониженным значением рН< 11,7. Для предотвращения коррозии арматуру покрывают антикоррозион­ными мастиками - цементно-минеральной и др.

В неавтоклавном ячеистом бетоне вследствие высокого значения pH среды >12 стальная арматура не корродирует и не требует анти­коррозионного покрытия.

Современное производство ячеистого бетона (преимущественно автоклавного газобетона) высокомеханизировано и автоматизировано. По технологии всемирно известных фирм «Хебель», «Итонг», «Маза - Хенкс», «Верхан» (Германия), «Сипорекс» (Швеция, Финляндия), «Дюрокс» (Нидерланды) построены и работают сотни заводов мощно­стью 200.. .400 тыс. м3/год во многих странах мира, в том числе России (Липецк, Самара, Новосибирск, Санкт-Петербург и др.) и СНГ (Алма - Ата, Минск, Гродно и др.). Мировое производство ячеистого бетона превышает 45 млн. м3 в год, в том числе в России — 2,5 млн. м3.

Большая востребованность его обусловлена комплексом высо­ких технико-экономических показателей, обеспечивающих мало - энерго - и ресурсоемкость строительства и нормальную эксплуата­цию жилых, общественных и других зданий.