Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Ячеистые бетоны и сухие смеси в современном строительстве 8
1.1 Основные понятия и определения. Классификации 8
1.1.1 Ячеистые бетоны 8
1.1.2 Сухие строительные смеси 10
1.2 Опыт производства и применение 12
1.2.1 Ячеистые бетоны 12
1.2.2 Сухие строительные смеси 23
1.3 Структурообразование ячеистых бетонов 41
Глава 2. Материалы и методы исследования 50
2.1 Характеристика применяемых материалов 50
2.2 Методы экспериментальных исследований 54
2.3 Планирование эксперимента .. 61
2.4 Физико-химические методы исследований 64
Глава 3 Разработка сухого пенообразователя и исследование его свойств 68
3.1 Теоретические предпосылки выбора сухого пенообразователя 68
3.2 Оптимизация условий получения пенообразователя «Биопор» 71
3.3 Получение сухого пенообразователя 80
3.4 Исследование влияния технологических параметров на физико-технические свойства сухого пенообразователя 85
3.5 Модифицирование пенообразующей добавки 98
3.6 Выводы к главе 104
Глава 4. Разработка составов сухих смесей и исследование свойств получаемых на их основе пенобетонов 106
4.1 Разработка составов сухих смесей и технологии получения на их основе пенобетонов плотностью 400...800кг/м3 106
4.2 Исследование влияния пенообразователя на темпы твердения цементного камня 119
4.3 Исследование кинетики набора прочности пенобетона 129
4.4 Физико-технические свойства пенобетонов, получаемых на основе сухих смесей 133
4.4.1 Морозостойкость пенобетона 133
4.4.2 Усадка пенобетона 135
4A3 Теплопроводность пенобетона 138
4.4.4 Определение водопоглощения и показателей пористости 140
4.5 Исследование основных свойств и продолжительности хранения сухих смесей 141
4.6 Выводы к главе 144
Глава 5. Технология получения сухих смесей для производства пенобетонов и технико-экономическая эффективность их применения 147
'5.1 Технология получения сухого пенообразователя 147
5.2 Получение сухих смесей и применение их в производстве пенобетонов 151
5.3 Область применения сухих смесей для приготовления пенобетонов и технико-экономическая эффективность их использования 155
5.4 Выводы к главе 159
Основные выводы 161
Список используемых источников 163
Приложение 177
- Ячеистые бетоны
- Физико-химические методы исследований
- Модифицирование пенообразующей добавки
- Физико-технические свойства пенобетонов, получаемых на основе сухих смесей
Введение к работе
Актуальность работы. Ресурсо- и энергосбережение - одна из важнейших задач строительного материаловедения. Необходимость экономить ресурсы при производстве материалов, сберегать все виды энергии при эксплуатации зданий заставляют ученых и практиков все чаще обращать внимание на материалы ячеистой структуры.
Ячеистые бетоны широко используются в строительстве как один из эффективных строительных материалов. Этот материал заслуживает особого внимания вследствие присущих ему специфических свойств, таких как низкая теплопроводность, негорючесть, биологическая стойкость. Изделия из ячеистых бетонов, имея такие достоинства как долговечность, высокие теплофизи-ческие свойства, невысокая средняя плотность, наилучшим образом адаптированы к сложным климатическим и экономическим условиям России. Кроме того, ячеистые бетоны не содержат вредных для здоровья человека химических и синтетических веществ, обладают повышенной паропроницаемостью и гигроскопичностью, в результате чего создается благоприятный микроклимат в помещении.
В структуре стеновых и теплоизоляционных материалов стройиндустрии России существенное место занимают две основные разновидности ячеистых бетонов: газобетон автоклавного твердения и пенобетон неавтоклавного твердения. Приоритет имеет технология получения пористой структуры за счет введения в бетонную смесь газообразователей. Автоклавного газобетона выпускается в пределах 1,2 — 1,8 млн м3 в год. В то же время неавтоклавный ячеистый бетон, полученный по пенной технологии, вызывает повышенный интерес у ученых-материаловедов и практиков-строителей. Это обусловлено более простой и рациональной технологией получения пенобетона, которая позволяет снизить удельную капиталоемкость, расходы энергоносителей, трудоемкость и, как результат, себестоимость продукции на 30 - 50 % по сравнению с производством газобетона. Ежегодное наращивание производства этого материала составляет 100 тыс. м3 при общем объеме на конец 2000 года 500 тыс. м3.
В последнее время появились разнообразные рецептурные композиции и различные добавки, технологические приемы и оборудование, позволяющие совершенствовать производство пенобетонных изделий [1-5, 153, 70, 46]. По нашему мнению, одним из перспективных направлений повышения технико-экономической эффективности пенобетона является получение сухих смесей для его производства.
Анализ современного состояния производства сухих строительных смесей показывает, что в их разнообразной номенклатуре практически отсутствуют минеральные вспучивающиеся композиционные материалы. Мировой и отечественный опыт использования сухих смесей в строительстве подтверждает их высокую эффективность и преимущества по сравнению традиционными методами проведения работ:
повышение производительности труда в 1,5-5 раз в зависимости от вида работ, механизации, транспортировки и др;
снижение материалоемкости;
стабильность составов и, как следствие, повышение качества строительных работ.
Перспективность применения сухих смесей для производства пенобетона в настоящее время можно объяснить изменением концепции в строительном производстве — сокращением объемов крупнопанельного строительства и переходом на малоэтажное строительство. Учитывая рассредоточенность населения, их использование для домостроения в сельской местности наиболее целесообразно. С применением сухих смесей для приготовления ячеистого бетона производство стеновых изделий и теплоизоляционных покрытий становится возможным без специального дорогостоящего оборудования и непосредственно на строительной площадке. В результате чего сокращаются сроки строительства и снижается его стоимость.
Привлекательность сухих смесей для потребителей заключается в том, что они являются практически готовыми к употреблению, удобно расфасованы и при правильной эксплуатации длительное время сохраняют свои свойства.
В связи с этим исследования, направленные на разработку технологии получения сухих смесей для приготовления ячеистых бетонов и изучение свойств получаемых на их основе строительных материалов и изделий, являются исключительно актуальными.
Цель работы заключается в разработке на базе местных материалов составов сухих смесей для приготовления неавтоклавных пенобетонов различной плотности и в исследовании свойств последних. В таком аспекте задачи исследования можно сформулировать следующим образом:
получить сухой пенообразователь с максимальной кратностью пены и ее высокой устойчивостью, позволяющий производить материал с качественной структурой;
исследовать основные свойства пенообразователя;
разработать и оптимизировать составы сухих смесей для производства пенобетонов плотностью от 400...800 кг/м3;
определить основные физико-технические свойства пенобетонов, получаемых из сухих смесей;
подобрать эффективные добавки (ускорители твердения), позволяющие увеличить прочность пенобетона на начальной стадии твердения;
осуществить опытно-промышленное внедрение сухих смесей для производства пенобетонов.
Научная новизна работы. Обоснована возможность получения пенобетона из сухих смесей. Выявлена закономерность формирования структуры ячеистого бетона с сухим белковым пенообразователем. Получены кинетические зависимости набора прочности пенобетона из сухих смесей. Установлена зависимость свойств пенобетона от технологических параметров.
Практическое значение работы.
1. Экспериментально определены составы сухих смесей, позволяющие производить высокоэффективные стеновые изделия ячеистой структуры без специального дорогостоящего оборудования и непосредственно на строительной площадке.
Выявлены оптимальные технологические режимы получения пенобе-тонов из сухих смесей.
Исследованы свойства пенобетонов.
В соответствии с полученными результатами были выпущены опытные партии сухих смесей, которые использовались на строящихся объектах г. Саранска для получения пенобетонных стяжек под полы, и для утепления крыш зданий.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных, всероссийских, внутривузовских конференциях и семинарах:
международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы строительства» (Саранск, 2004);
всероссийской научно-технической конференции «Актуальные вопросы строительства. Вторые Соломатовские чтения» (Саранск, 2003);
- конференции, посвященной 150-летию со дня рождения академика
В. Г. Шухова (Саранск, 2003);
- III республиканской конференции «Роль науки и инноваций в развитии
хозяйственного комплекса региона» (Саранск, 2003).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 7 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложения. Диссертация содержит 177 страниц текста, 41 рисунок, 41 таблицу и список литературы, состоящий из 170 наименований, включающий отечественные и зарубежные источники. В приложении приведены акты промышленного внедрения. Работа выполнена на кафедре прикладной механики Мордовского госуниверситета им. Н.П. Огарева.
Автор искренне благодарит научного консультанта кандидата химических наук, доцента В. И. Бузулукова за оказанную помощь и консультации при выполнении диссертационной работы.
Ячеистые бетоны
Среди стеновых материалов в строительной практике все более укрепляют свои позиции ячеистые бетоны. Ячеистые бетоны по структуре, свойствам и способам получения не имеют равных среди традиционных материалов аналогичного назначения. Они нашли преимущественное применение при возведении ограждающих конструкций жилых и промышленных зданий. Однако эти материалы могут быть использованы при изготовлении несущих покрытий и перекрытий, теплоизоляционных ограждений и др. Фактически изделия из ячеистых бетонов являются универсальными, что значительно повышает их конкурентоспособность с аналогичными по назначению материалами. Сегодня это не вызывает сомнений у специалистов, и у ячеистого бетона практически нет противников.
В настоящее время в различных странах мира накоплен большой опыт по производству ячеистобетонных изделий. По оценке авторов [22], их годовое производство находится в пределах 43 - 45 млн м . Основной объем выпуска ячеистобетонных изделий приходится на заводы, работающие по лицензиям фирм «Хебель», «Итонг», «Верхан», «Грайзель» (ФРГ), «Сипорекс» (Щвеция), «Калсилокс -Дюрокс» (Нидерланды), «Селкон» (Великобритания) и др. Кроме того, в целом ряде стран, например, России, Китае, Польше, Чехии, Японии и др. работают также заводы по своей технологии и лицензиям вышеуказанных фирм. Изделия, как правило, выпускаются плотностью 500 - 700 кг/м и прочностью бетона при сжатии, соответственно, не менее 2,5 - 5 МПа. Коэффициент теплопроводности бетона для указанных плотностей находится в пределах 0,15 - 0,23 Вт/м К. Неармированные ячеистобетонные изделия практически могут изготавливаться любых размеров. Наиболее распространенные из них мелкие штучные блоки [157,158,167,162], имеющие длину 50 - 75 см, высоту 25 см и толщину 15 — 30 см с интервалом в 2,5 см. Армированные изделия выпускаются длинной до 7,2 м, шириной до 0,75 м и толщиной 0,3 м. При этом шаг из 13 делий по длине составляет 5 - 25 мм и толщине 25 - 100 мм, а ширина формируемого массива обычно равна высоте. Длина армируемых изделий зависит от их толщины и нагрузок.
Технологии всех перечисленных выше фирм рассчитаны на очень высокое качество и особенно стабильность свойств исходных сырьевых материалов. При производстве ячеистобетонных изделий, например, фирм «Итонг», «Сипо-рекс» и др. удельная поверхность цемента по Блейну должна быть 3500 - 4000 см /г, начало схватывания 100-120 мин и конец 120-150 мин. Жесткие требования предъявляются к алюминиевой пудре - удельная поверхность по Блейну 10000 - 20000 см2/г и содержание алюминия до 95%. Известь наряду с высоким содержанием окиси кальция (85 — 95 %) должна иметь строго определенную кривую гидратации [22].
Наибольшее распространение в мире, в том числе и в нашей стране получила газобетонная технология, по которой на 210 заводах в 38 странах выпуска-ется 50 млн м разнообразной продукции [77]. Это объясняется тем, что в период освоения производства ячеистых бетонов (50 - 60-е гг.) не было высокоэффективных, стабильных, стандартных пенообразователей. Применение природных органических пенообразователей сдерживалось ограниченной сырьевой базой, а получаемые из них порообразователи имели невысокую жизнеспособность, были нестабильны и оказывали на вяжущее корродирующее действие [34].
Но, как известно, газобетонной технологии свойственны некоторые недостатки, такие как низкая устойчивость поризованной массы на стадии вспучивания и вызревания, дефектность структуры, которая выражается в появлении контактных дырок в стенках пор и разрыхлении их поверхности, анизотропия свойств материала, сложность поддержания стабильной плотности (пористости) в силу высокой чувствительности процессов газовыделения и газоудержания ко многим факторам технологического процесса [83].
Указанные недостатки несвойственны технологии с пенной поризацией смеси. Ячеистая структура пеноматериалов более однородна: поры меньшего размера равномерно распределены в объеме изделия, отсутствуют контактные дырки и трещины в перегородках, поверхность последних всегда гладкая и плотная.
К преимуществам пенной технологии также относится возможность направленно регулировать объем и характер структуры материала, в частности получение пор определенного размера. Это достигается путем регулирования количества поверхностно - активных веществ (ПАВ) и гидродинамических параметров перемешивания (частоты вращения смесительного вала, площади поверхности лопасти и ее формы и др.).
Таким образом, способ получения ячеистой структуры бетона с помощью пенообразователя более технологичен, надежен и рационален [83].
Положительным примером производства безавтоклавного пенобетона является опыт немецкой фирмы «Неопор» [53, 60, ПО]. Эта фирма вышла на мировой рынок в 1975 году и в настоящее время ее технология внедрена в 40 странах мира. Неопор-бетон - легкий ячеистый бетон, получаемый в результате твердения раствора, состоящего из цемента, песка, воды и пены, образованной с использованием протеинового пеноконцентрата. Построены тысячи домов и сооружений, в которых неопор-бетон использовался для утепления крыш (средняя плотность бетона 80...400 кг/м3), для заполнения пустотных пространств (выработанные шахты, канализационные системы) и др. (плотность бетона - 600... 1000 кг/м ), для изготовления стеновых блоков, плит и панелей (плотность бетона - 700... 1400 кг/м3) [137]. Также фирма выпускает безавтоклавные пенобетонные армированные изделия в индивидуальных формах плотностью 400... 1800 кг/м3 и прочностью при сжатии 1.. .25 мПа.
Фирма «Миссава Хомус » (Япония) выпускает автоклавные пенобетон-ные изделия различного назначения плотностью 500 кг/м и прочностью при сжатии 4,6 МПа. Консорциум «Сикарбик» (Австрия) выпускает автоклавные пенобетонные мелкие блоки по резательной технологии плотностью 400... 1200 кг/м3 и прочностью при сжатии 2...25 МПа. Всеми без исключения фирмами накоплен большой опыт по применению ячеистобетонных изделий в строительстве. Кладка стен и перегородок из неар-мированных изделий осуществляется на клею или растворе. Армированные изделия монтируются на элементы железобетонного или металлического каркасов, а кровельные панели укладываются на железобетонные или металлические балки и формы. С целью повышения термического сопротивления и звукоизоляции стен из мелких ячеистобетонных блоков последние выполняются двухслойными с воздушной полостью обычно 50 мм. Кроме вышеперечисленных изделий, фирмы изготавливают элементы специального назначения.
Важным вопросом в производстве ячеистых бетонов является повышение их технико-экономической эффективности. Этого можно добиться за счет более широкого использования отходов промышленности, в частности различных зол и шлаков.
Антрацитовые и буроугольные (кислые) золы ТЭЦ находят широкое применение в производстве ячеистых бетонов в странах Восточной Европы-Польши, Чехии и Словакии, Венгрии. На базе высокоосновных зол металлургической промышленности ячеистый бетон выпускали в течение длительного времени в Швеции (завод в г. Шевде). В настоящее время на шлакоцементном вяжущем работает завод фирмы «Лохья» (Финляндия). Общий объем выпуска ячеистых бетонов на этих заводах в 1990 г. превышал 5 млн. м в год. Объем производства ячеистого бетона на сланцезольном вяжущем в Эстонии достига-ет400тысм в год [151].
Физико-химические методы исследований
Структурные превращения фазового состава. Для определения влияния исследуемой в работе пенообразующей добавки на структу 65 ру и степень гидратации цементного камня был проведен рентгенофазный анализ. Относительная интенсивность линий на рентгенограмме зависит от структуры фаз. Определив местоположение линий на рентгенограмме (ее угол в ) и зная длину волны излучения (Я), на которой была снята рентгенограмма, можно определить значения межплоскостных расстояний d/n по формуле Вульфа - брега:
Определив d/n материала и сопоставив его с известными заранее данными для чистых веществ, их соединений, можно установить, какую фазу составляет излучаемый материал. Задача качественного анализа облегчается, если известен химический состав материала.
Рентгеновский анализ проводили на установке ДРОН - 6. Данный прибор предназначен для проведения структурных исследований кристаллических материалов с использованием дифракции рентгеновских лучей, для которых кристалл является дифракционной решёткой. Съемка проводилась в СиКа - излучении с применением р - фильтра (Ni) в диапазоне углов от 20 до 70 с шагом 0,02 пол 20 со временем счета в точке 1с. Межплоскостные расстояния определяли по стандарту ASTM.
Для того чтобы полнее понять процессы, происходящие в цементе при гидратации, использовали количественный рентгеновский фазовый анализ. Он базируется на зависимости между интенсивностью дифракционной линии и количеством соответствующего минерала. Количественный анализ дает дополнительный объем информации при изучении цементов и цементного камня.
Степень гидратации определяется по уменьшению дифракционных линий главных клинкерных материалов на рентгенограмме цементного камня. Сравнение проводят с рентгенограммой негидратированного цемента, содержание каждого минерала, в котором принимают за 100 %. Выбор основных аналитических линий очень важен, так как линии продуктов гидратации перекрывают на рентгенограмме линии исходных клинкерных минералов.
ИК-спектр поглощения сухого пенообразователя. Возможные изменения в структуре пенообразователя определяли методом ИК-спектроскопии. Отнесение полос поглощения проводили в соответствии с литературными данными [59,43]. ИК-спектры сухого пеноконцентрата снимали на приборе Инфра Люм ФТ 02 (Фурье-спектрометр инфракрасный) в интервале волновых чисел 3700...600 см" , Т = 25 С в тонком слое вазелинового масла, а также в таблетках бромида калия. Интенсивность полос выражали в виде относительной оптической плотности (ООП). ООП определяли с использованием метода базисной линии в сочетании с методом внутреннего стандарта. В качестве такового была выбрана полоса поглощения, не меняющая интенсивность.
УФ-спектр пенообразователя. Спектр снимали на приборе Spe-cord UV VIS, при растворении пенообразователя до концентрации 0,033 %; 1 = 1 см;Т = 23 С.
Метод тонкослойной хроматографии (ТСХ). Данный метод основан на том, что различные типы ПАВ хроматографируются в тонком слое адсорбента и идентифицируются по значениям Rf (отношение расстояния (і) пройденного пятном к расстоянию (ш) пройденному фронтом элюента) и по цвету пятен, окрашиваемых реактивами (рис. 2.1).
Разделение отдельных образцов ПАВ методом ТСХ позволяет полуколичественно оценить содержание в них промежуточных продуктов и основной части. Можно установить число компонентов в исследуемой смеси, получить данные об их строении и дифференцировать.
Анализ проводили в условиях, указанных в работе [136], на пластинке с закрепленным адсорбентом Silufol UV-254, в качестве элюента применяют 70 %-ный водный раствор этилового спирта. Пробу наносят на стартовую линию пластинки 1 в виде 1 % раствора 2 и элюировали растворителем. Наблюдают передвижение пятна по потоку проявителя. При этом происходило разделение перемещающегося пятна на отдельные компоненты 3.
Модифицирование пенообразующей добавки
Как известно [119], пена, используемая в производстве пенобетонов должна иметь выход пор (кратность) не менее 15. Пенообразующая активность рассматриваемого пенообразователя повышается при его растворении до 2%-й концентрации и выше (рис. 3.5, 3.6). При концентрации раствора пенообразователя 1% возможно получение низкократной и неустойчивой пены (кратность 11, водоотделение 18). Для того чтобы пену, получаемую из 1% го раствора пенообразователя, можно было применять в производстве ячеистых бетонов, необходимо повысить ее качественные показатели, что возможно при использовании специальных добавок - активаторов пенообразования.
Добавки, увеличивающие пенообразующую активность должны иметь низкое поверхностное натяжения и поверхностную активность выше, чем у пенообразователя. Поверхностная активность характеризуется изменением поверхностного натяжения жидкости с повышением концентрации, поэтому даже при незначительных дозировках эффективные добавки должны понижать поверхностное натяжение растворов в большей степени. В качестве активаторов пенообразования необходимо использовать дешевые и доступные вещества, каковыми могут быть, например, различные отходы промышленного производства.
Исследуемый пенообразователь относится к белковым ПАВ, образующим в воде коллоидные системы, пены из которых обладают высокой устойчивостью. Как известно, смеси неионогенных и анионактивных ПАВ в некоторых случаях могут хорошо вспениваться, а комбинации неионогенных ПАВ с другими веществами (катионными и амфотерными ПАВ) имеют незначительную пенообразующую способность. Такая особенность пенообразующих свойств неионогенных ПАВ объясняется влиянием молекул гидрофобных групп на гидрофильно - гидрофобный баланс, а также большими размерами гидрофильной части молекулы [128]. Необходимо отметить то, что пенообразующая способность смесей ПАВ различных классов может повышаться при одних условиях испытаний и оставаться неизменной или понижаться при других. Исходя из этого, можно заключить, что добавки - активаторы пенообразования должны подбираться экспериментально с учетом всех особенностей процесса испытания и свойств конечного продукта (кратность и стабильность пены).
По нашему мнению в качестве активаторов пенообразования можно использовать лигниновые отходы целлюлозно-бумажной промышленности, которые можно отнести к анионным ПАВ. В работе исследовано влияние лигно-сульфоната натрия (ЛСТ), а также карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), костного клея на пенообразующие свойства пенообразователя (рис. ЗЛО).
Как следует из экспериментальных данных, увеличение пенообразующей активности наблюдается при добавлении ЛСТ в количестве 40 % и костного клея в количестве 10 % от массы сухого концентрата. При этом в первом случае кратность пены увеличивается с 11 до 15,5, а водоотделение понижается с 18 % до 0. Костный клей при незначительном содержании (10 %) увеличивает кратность пены с 11 до 13,2, а водоотделение уменьшает до 5 %. Очень важно то, что данные добавки, незначительно увеличивая объем пены (на 20 - 40 %), позволяют повысить стабильность последней, что необходимо в производстве ячеистых бетонов. Как видно из рис ЗЛО, КМЦ не улучшает свойства пены, получаемой из 1 % раствора пенообразователя.
Проведенные испытания по исследованию стабилизации пены показали, что наиболее эффективными добавками являются сульфат железа и ЛСТ. Однако ЛСТ при использовании в производстве ячеистого бетона помимо стабилизации пены, замедляет процесс твердения материала. Поэтому необходимо введение дополнительных добавок, уменьшающих сроки схватывания. Такими добавками являются СаСЬ, Na2S04, которые как, оказалось, также стабилизируют пену, но в значительно меньшей степени, чем FeS04. Частичная замена сульфата железа (II) используемого в качестве стабилизатора пенообразователя (ПО), на хлорид кальция скомпенсирует влияние ЛСТ на сроки схватывания цементного теста.
Оптимальные соотношения ПО : ЛСТ пытались установить по влиянию ЛСТ на поверхностное натяжение водного раствора ПО. Однако изучение подобного влияния показало, что ЛСТ практически не оказывает влияния на поверхностное натяжение 2% -ного раствора ПО. В связи с этим исследование проводилось по изменению кратности и стабильности пены. Как показали испытания (табл. 3.15, рис. 3.10), оптимальное количество ЛСТ, которое можно добавить в раствор ПО, составляет 40 % (от количества сухого ПО). Добавление такого количества ЛСТ способствует максимальному увеличению кратности пены и уменьшению водоотделения. Что касается добавления хлорида кальция, то замена сульфата железа хлоридом кальция до 50 % от общего количества смеси стабилизаторов не ухудшает качество ПО (табл. 3.16, рис. 3.11). Дальнейшее увеличение этого вещества значительно снижает кратность и во-доотделение. Таким образом, для улучшения свойств пены рекомендуемое соотношение компонентов (в весовом соотношении) должно быть следующим ПО : смесь стабилизаторов FeS04 и СаС12 : ЛСТ- 1 : 0,2 : 0,4 (рис.3.12).
Физико-технические свойства пенобетонов, получаемых на основе сухих смесей
Одним из основных показателей качества ячеистого бетона является мо розостойкость, т. е. его способность в насыщенном водой состоянии сопротив ляться разрушающему воздействию попеременного замораживания и оттаива . f ния. К тому же, морозостойкость является единственным нормируемым показа телем долговечности ячеистых бетонов. Основная причина разрушения материала под действием отрицательных температур - увеличение объема воды в порах материала при переходе ее в лед примерно на 9 % [28]. При этом создается внутреннее давление на стенки пор, разрушающее материал. Ячеистый бетон — пористый строительный материал с равномерно рас пределенными воздушными ячейками, занимающими от 20 до 90 % объема бе (V тона. Такая структура пористости материала способствует повышению его мо розостойкости. Поскольку структура замкнутых, не заполненных водой пор в ячеистом бетоне образует емкости, в которые под действием давления растущих кристаллов льда при замораживании отжимается часть воды, что способствует уменьшению разрушающего действия льда на структурную прочность материала. Разрушение материала наступает только тогда, когда все резервные поры будут заполнены образовавшимся при замерзании воды льдом. Поэтому чем -ч-f\ больше условно-замкнутая пористость образцов ячеистого бетона, тем выше их морозостойкость.
Морозостойкость определяли по методике ГОСТ 10060.1 - 95 "Бетоны. Базовый метод определения морозостойкости ". Для испытания образцы после 28-суточного твердения в нормальных влажностных условиях подвергали попеременному замораживанию и оттаиванию. Результаты эксперимента представлены в табл. 4.9 и на рис. 4.18.
Прочность образцов при попеременном замораживании и оттаивании снижается, например, через 30 циклов прочность пенобетона плотностью 600 кг/м3 и 800 кг/м3 снижается на 10 и 2,8 % соответственно. Таким образом, марка по морозостойкости пенобетона приготовленного по исследуемой технологии отвечает требованиям ГОСТ 25485 - 89.
4.4.2 Усадка пенобетона
Основным параметром любого конструкционного материала является долговечность, т. е. способность его в определенных условиях внешнего воздействия не изменять свои свойства. Большинство конструкционных материалов теряют свои первоначальные свойства при развитии в них дефектов в виде трещин, разделяющих материал на отдельные элементы неспособные противостоять воздействиям внешней среды. В ячеистых бетонах трещинообразование обусловлено деформациями усадки - уменьшением линейных размеров и объема затвердевшего бетона вследствие потери им влаги, гидратации, карбонизации и др. процессов.
Согласно требованиям ГОСТ 25485-89 значение усадки при высыхании для неавтоклавных пенобетонов не должно превышать Змм/м. Именно такая величина влажностной усадки приводит к образованию трещин, это касается, прежде всего, крупноразмерных изделий, монолитных стен и покрытий. Систематические многолетние обследования пенобетонов, описанные в работе [118] свидетельствуют о том, что ширина раскрытия трещин может достигать 3-5 мм.
Усадочные деформации возникают при отсутствии гигроскопического равновесия с воздухом. При этом влажный пористый бетон высыхает, уменьшаясь в объеме. По причине незначительности коэффициента диффузии влаги высыхание бетона происходит неравномерно, вследствие чего образуются градиенты влажности, способствующие возникновению усадочных напряжений. Также, деформация усадки материала связана с физическими и химическими процессами, происходящими при взаимодействии цемента с водой, его карбонизацией и в целом складывается из трех составляющих: влажностной, контракционной, карбонизационной [72]. Контракционная усадка развивается в период интенсивного протекания химических реакций. Влажностная усадка определяется перемещением и испарением влаги. Карбонизационную усадку вызывают изменения, связанные с воздействием углекислоты воздуха.
Механизм усадки объясняется тремя факторами, которые порождаются различной природой воды в структуре вяжущего. В результате действия первого происходит изменение содержания влаги в порах и капиллярах камня, что приводит к стягиванию его силами капиллярного давления. Второй - выражается в удалении межкристаллической влаги, что приводит к сближению кристаллов и частичек и далее к сокращению объема камня. Третий порождается удалением влаги из межслоевого пространства, что также приводит к уменьшению объема камня.
Анализ литературных данных свидетельствует, что на проявление усадки оказывает влияние множество факторов, которые способствуют возникновению объемных изменений и деформаций материала. В основном изучены причины усадки твердеющих и затвердевших материалов, вопросы влияния минералогического состава цементов на их объемные изменения, видов и количества минеральных добавок в цементах, количественного соотношения компонентов в цементах, растворах и бетонах, водовяжущего отношения, количества и вида применяемых добавок, режимов и способов твердения и т. д. [141].
Доминирующим фактором, влияющим на деформацию усадки, является водовяжущее отношение. Немаловажными факторами считаются вид и расход вяжущего, относительная влажность воздуха, сроки твердения. Использование химических добавок, влияющих на процессы структурообразования, также не может не отразиться на характере изменения усадочных деформаций. В работе [120] показано, что распределение усадочных деформаций определяется конфигурацией и особенностями геометрической формы изделия.
В данной работе исследованы деформации усадки пенобетонов с бездобавочными составами (табл. 4.4) и составов содержащих добавки ускорители твердения. Результаты эксперимента представлены в табл. 4.10 и на рис. 4.19.
