Теплоизоляционный пенобетон

В качестве первичных новообразований осаждаются эттрингит (3CaO*Al2О3*3CaSО4*32H2О) и Ca(OH)2. Примерно через час возникают сначала очень мелкие гидросиликаты кальция. В этой стадии гидратации гидросиликат кальция может вырастать в длинные волокна, проходящие через поры в виде мостиков и постепенно разделяющие их. Примерно на 7-28 сутки нормального твердения все имеющиеся поры постепенно заполняются продуктами последующей гидратации, причём гидросиликатокальциевый гель образуется в виде коротких волокон. К концу гидратации в затвердевшем цементном тесте имеются C-S-H-гель, Ca(OH)2, 4CaO(Al2O3*Fe2O3)*13H2O,а так же моносульфат 3CaO*Al2O3*CaSO4*12H2O, образовавшийся из эттрингита [1].

Ячеистая структура отличается от других тем, что в сплошной среде твердого материала распределены поры различных размеров в виде отдельных условно-замкнутых пор.

В соответствии с размерами и физическими характеристиками они разделяются на микро и макропоры. Микропоры считаются капиллярно-активными в противоположность макропорам, которые занимают весь остальной объем пор.

Структура пор определяет такие физические свойства материала, как прочность, теплопроводность, капиллярность, морозостойкость и др.

 

. Формирование пенобетонной  структуры различной плотности

теплоизоляционный пенобетон конструкция усадка

Практика получения пенобетонов по неавтоклавной схеме показывает, что существуют значительные трудности получения пенобетонов с низкой плотностью - от 500 кг/м3 и ниже. Эти трудности связаны в первую очередь с усадочными явлениями в процессе схватывания пенобетонной массы, разлитой в формы. В то же время получение пенобетонов средней плотности с плотностью 600-800 кг/м3 и выше, как правило, не вызывает затруднений.

Объяснить этот факт можно тем, что при формировании пенобетонной структуры на первой ее стадии пенные пленки наполняются частичками твердой фазы и как бы бронируют их.

Рассмотрим вопрос о соотношении межфазных поверхностей пенных пленок и твердой фазы.

Пенные пленки, каналы и узлы предварительно сформированной и перемешанной с раствором затворения газожидкостной пены являются своеобразным каркасом, на котором концентрируются частички твердой фазы. Закрепленные, так или иначе, на элементах пенной структуры твердые частички в результате реакции гидратации в присутствии межпленочной жидкости превращают трехфазную смесь (жидкость, твердые частицы, воздух) в жесткий пенобетон с закрытыми порами.

Таким образом, для формирования пенобетонной структуры заданной плотности необходимо определенное соответствие между удельной межфазной поверхностью замешиваемой газожидкостной пены и удельной поверхностью твердых частиц. Если замешивается много пены с высокоразвитой межфазной поверхностью и мало твердой вяжущей фазы, не вся поверхность пенных пузырьков будет «бронирована» частичками твердой фазы, возникнут пустоты в пленках, которые со временем прорвутся. Если будет избыток твердых частиц, то сумма поверхностных пенных пленок окажется недостаточной, чтобы все твердые частицы разместились на них.

Первый случай характерен для низкоплотных бетонов, второй случай характерен для тяжелых пенобетонов [11].

 
 

. Роль пенообразователей  в технологии пенобетонов

 

Производство эффективного по теплофизическим параметрам пенобетона является проблемным ввиду сложности обеспечения стабильности ячеистой структуры при высокой пористости. Увеличение прочности при постоянной плотности может быть обеспечено только за счет повышения прочности матрицы поризованного материала и создания оптимальной пористой структуры материала. Обеспечение прочности неорганической матрицы возможно путем повышения химической активности вяжущего, снижения В/Ц, использования механонической активации вяжущего. Создание оптимальной пористой структуры зависит от кратности и устойчивости пены в высокоминерализованных цементных пастах.

В пенобетонах количество газовой фазы, размер и дисперсность воздушных пузырьков зависят не только от вида выбранных исходных компонентов, но и от поведения компонентов на границе раздела фаз, т.е. от поверхностных явлений, и от способа воздухововлечения. Важную роль при этом играет вид и концентрация пенообразователя, имеющего в своем составе различные ПАВ.

Для четкого понимания роли пенообразователей в технологии пенобетонов рассмотрим структуру пены и особенности поведения молекул ПАВ на границе раздела фаз газ - жидкость и жидкость - твердые частицы.

Пенные пленки образуются в присутствии ПАВ, которые представлены заряженными и незаряженными ионами, имеющими две различные по химической активности части - гидрофильную и гидрофобную. Структура пленки в пенах похожа на сэндвич, в котором внутренний слой обладает свойствами жидкости в объеме, а слои, направленные к газовой фазе, обладают большей вязкостью. Молекулы ПАВ за счет активной адсорбции на поверхности границы раздела фаз газ - жидкость концентрируются у поверхности ламеллы (тонкой прослойки между воздушными пузырьками) таким образом, чтобы активные гидрофильные радикалы молекул, имеющих определенный заряд, были расположены в полярной среде (жидкость), а гидрофобная неполярная часть длинного углеводородного радикала - в неполярной среде (воздухе). Такое расположение молекул ПАВ на границе газ - жидкость обусловливает заряд поверхности воздушного пузырька, обращенного в жидкость. Анионактивные ПАВ придают отрицательный заряд воздушным пузырькам, катионактивные - положительный. Знак заряда поверхности пузырьков, образованных амфотерными (амфолитными) ПАВ, зависит от рН среды: в щелочной среде заряд пузырька отрицательный, в кислой - положительный.

Вместе с каналами Плато - Гиббса и узлами (пересечениями каналов) пленки представляют собой единую капиллярную систему. Все важнейшие процессы в пене, в том числе обусловливающие укрупнение воздушных пузырьков и время их жизни, зависят от толщины, строения и физико-химических свойств пенных пленок.

Чем выше поверхностное натяжение, тем больше давление воздушного пузырька, тем выше уплотняющее давление, которое испытывает межпоровая перегородка из цементного раствора. Давление внутри пузырька воздуха существенно влияет на прочность закрепления частицы минералов на пузырьке, а также на жесткость поверхности пузырька при изменении его размера и формы в результате сдвигающих усилий в процессе перемешивания. Отсюда на пенах, полученных на основе природных пенообразователей, которые имеют высокие значения поверхностного натяжения, больше вероятности закрепления частицы минерала на пузырьке, чем в пенах на синтетических пенообразователях, и меньше вероятности их разрушения в смесителях.

Следовательно, ориентация молекул ПАВ на границе газ - жидкость и адсорбция их на поверхности частиц обусловливают преимущественное действие сил притяжения или отталкивания между твердыми частицами и воздушными пузырьками, определяя конечный эффект устойчивости пеноминеральной смеси [12,13].

 

. Усадка пенобетона

 

Одним из основных вопросов качества теплоизоляционного пенобетона является снижение его усадки, которая обуславливает трещинообразование. Усадка при высыхании неавтоклавных ячеистых бетонов марок по средней плотности D500 и ниже не нормируется и не влияет на теплопроводность пенобетона. Натурные исследования показали, что усадка в изделиях из теплоизоляционного пенобетона марки D300 вызывает появление на наружной поверхности изделий сети мелких трещин размером до 0,5 мм с расстоянием между ними в среднем 30 мм или крупных трещин размером свыше 1 мм, расположенных на расстоянии в среднем 150 мм. Трещины появляются, как правило, спустя месяц после изготовления изделий, когда они находятся на строительной площадке. Причиной трещинообразования являются градиент влажности по толщине изделия, а также карбонизационная усадка [3,14].

Вопросы усадки и трещинообразования в теплоизоляционном пенобетоне снимаются при его армировании. Обследование наружной теплоизоляции из армированного минеральным волокном пенобетона марки D300 площадью более 500 м2 показало, что ни в одном из изделий трещин не образовалось. Имеющиеся данные позволяют сделать вывод, что для повышения трещиностойкости пенобетона можно использовать нещелочестойкое волокно. Его взаимодействие с ингредиентами твердеющего цемента на начальном этапе увеличивает адгезию, а последующая карбонизация и снижение рН обеспечивает сохранность волокон в цементном камне межпоровых перегородок пенобетона.

Второе направление, позволяющее уменьшить усадку и увеличить прочность пенобетона, заключается в пластификации пенобетонной смеси [3].

 

. Основные свойства проектируемого  бетона

 

По средней плотности ячеистые бетоны делят на марки:-D1200 (300-1200 кг/м3).

По прочности при сжатии ячеистые бетоны делят на:

марки: М7.5; М10; М15; М25; М35;М50; М75; М100; М150; М200 (кгс/см2)

классы: В0.5; В0.75; В1; В1.5; В2; В2.5; В3.5; В5; В7.5; В10; В12.5; В15.

По морозостойкости: на марки: F15; F25; F35; F50; F75; F100 (15-100циклов).

Коэффициент теплопроводности ячеистых бетонов в сухом состоянии при температуре 18° С равен или меньше значений, указанных в табл. 6.

Коэффициент теплопроводности влажного ячеистого бетона, Вт/м2*°К, определяют по формуле

 

,

 

где - прирост коэффициента теплопроводности на 1% объемной влажности, проц.; - влажность бетона, проц. объема (принимают = 8%)

 

 

- влажность по массе.

Влажность бетона при относительной влажности воздуха 80-97% и объемной массе 300 кг/м3 составляет 1,5-20, а при объемной массе 500 кг/м3 и 700 - соответственно 2,9-6,2% и 5,2-12.

Звукопоглощение. Пористая структура поверхности изделий из ячеистого бетона обеспечивает улучшенное звукопоглощение в сравнении с гладким плотным бетоном. Это обеспечивает, например, некоторое снижение уровня шума в заводских помещениях, особенно при высоких частотах. При окраске поверхности бетона, в частности нижней поверхности кровельных плит, этот эффект ослабевает. Коэффициент звукопоглощения необработанного ячеистого бетона при частоте 125, 250, 500, 1000, 2000 и 4000 Гц составляет соответственно 0; 0,15; 0,25; 0,2; 0,2; 0,2.

Огнестойкость. Ячеистый бетон - невоспламеняюшийся материал. Низкая теплопроводность и невысокая равновесная влажность делают его пригодным для защиты других конструкций от воздействия огня.

Усадка.

Усадка ячеистобетонных изделий должна быть более 3 мм/м.

Пенобетон по горючести относится к группе НГ, согласно ГОСТ 5742 предназначен для изоляции поверхностей с температурой до 4000С и не выделяет при нормальной и повышенной температурах вредных веществ.

 

. Расчет состава бетона

 

Расчет состава ячеистых бетонов основан на следующих положениях:

. Любой единичный объем  состоит из объема цемента, наполнителя  и объема пор, часть которых  заполнена водой, что может быть  представлено для объема смеси 1 куб. м. в виде уравнения

 
 

(1)

 

где:

Ц - расход цемента кг* м3.

П - расход песка, кг* м3.

В - расход воды, л* м3.пор - объем пор за счет применения порообразователя, л

?ц - истинная плотность  цемента, 3,1 кг/л

?п - истинная плотность  песка, 2,65кг/л

. Расчетная плотность  ячеистого бетона:

(2)

Соотношение между цементом и наполнителем П/Ц=С принимается по таблице 3.

 

Таблица 3 - Соотношение С=П/Ц для ячеистых бетонов

АвтоклавныеНеавтоклавные1-1,750,75-1,25

Т.к проектируемый пенобетон неавтоклавного твердения, то принимаем С=0,75.

Из уравнения (2) с учетом принятых данных таблицы 3 получим:

 

(3)

 

Откуда

 

(4)

 
 

Принимаем марку по плотности D 500, т.е. плотность пенобетона ?б=500 кг/л, тогда

кг*л

П (5)

кг*л

 

Таблица 4 - Ориентировочные значения В/Т

Средняя плотность ячеистого бетонаВ/Т3000,455000,47000,359000,3

Из уравнения (1), принимая

 

В=(В/Т)(Ц+Н) (В=184,21 л),

 

где В/Т - водотвердое отношение, принимаемое по таблице 4, получим

 

(6)

 

Отсюда

 

 

656,31

Далее определяется необходимое количество порообразователя Д:

 

(7)

 

где К - коэффициент, учитывающий эффективность использования пенообразователя, принимается по опытным данным. Допускается для предварительной оценки состава принимать К=0,8

Расход материалов приведен в таблице 5

 

Таблица 5 - Расход материалов на 1 м3 пенобетона

Наименование материалаЕдиницы измеренияРасход на 1 м3Цементкг263,16Песоккг197,37Водал184,21Пенакг41

 

Выводы

 

В результате работы был изучен теплоизоляционный пенобетон, а так же запроектирован его состав, отвечающий заданным свойствам и характеристикам.

Освоение производства изделий и монолитных работ из теплоизоляционного пенобетона с маркой по средней плотности D300 и ее снижение до D200 является перспективным и целесообразным. Развитие промышленной технологии теплоизоляционного пенобетона с низкими плотностями позволит получить материал, альтернативный минераловатым изделиям и пенопластам.

Пенобетонные плиты в сравнении с минераловатыми имеют также преимущества по отношению к действию воды и более высокую эксплуатационную надежность.

 
 

Список литературы

 

1.<http://smaterials.ru/?p=245>

.Ильюшенко А. С. Определение  состава разных видов бетона: Методические указания к курсовой  работе по курсу «Бетоноведение»  для студентов специальности 29.06 «Производство строительных изделий и конструкций» - Барнаул: Изд-во АлтГТУ им И. И. Ползунова, 1995. - 45 с.

.Баженов Ю. М. Технология  бетона: Учебник для строительных  вузов. - М.: АСВ. 2002. - 500с. с иллюстрациями.

.<http://www.uves.ru/articles/228/>

.Свинарев А. В. Опыт применения  монолитного пенобетона при строительстве  и реконструкции зданий и сооружений / А. В. Свинарев, В. В. Тысячук // Вестик  БГТУ им. В. Г. Шухова. - 2003. - № 4. - С. 62-66.

.Васильев В. Д. Опыт многоэтажного и малоэтажного строительства с использованием установок ООО «АДС СОВБИ» / В. Д. Васильев // Ячеистые бетоны в современном строительстве: Сб. докладов. междунар. науч.-практ. конф. - СПб., 2004. - С. 40-42.