Материалы для ячеистых бетонов

Вяжущие. Для изготовления ячеистого бетона применяют: известковые, цементные, смешанные и зольные вяжущие. Известковые вяжущие содержат негашеной строительной воздушной извести более 50 % по массе с добавками шлака, гипса или цемента до 15 % по массе. От качества извести зависят реологические свойства ячеистобетонной смеси, пористость, кинетика созревания и максимальная температура ячеистобетонного сырца. Следует применять известь с содержанием активных СаО+МgO не менее 70 % (лучше 80 %), с содержанием MgO не более 3 %, пережога не более 2 %, со скоростью гашения от 5 до 15 мин, тонкостью помола – 5500–6000 см²/г, с выходом известкового теста 1,8–2,2 л/кг..

Цементное вяжущее содержит портландцемента 50 % и более. Портландцемент и шлакопортландцемент должны иметь марку 400, содержание минерала С₃А в клинкере не более 6 %, начало схватывания не ранее 2 ч и не позднее 4 ч, удельную поверхность 2500–4000 см²/г.

Смешанные вяжущие состоят из портландцемента от 15 до 50 % извести или шлака или шлакоизвестковой смеси. Удельная поверхность вяжущего из извести и шлака должна быть не менее 5000 см²/г.

Шлаковое вяжущее состоит из смеси шлака в количестве не более 50 % извести, гипса или щелочи.

Зольное вяжущее содержит не менее 50 % высокоосновных зол, образующихся от сжигания каменного, бурого углей или горючих сланцев.

Кремнеземистый компонент. Кремнеземистыми компонентами являются тонкомолотые кварцевые и полевошпатовые пески, зола-уноса ТЭС, зола гидроудаления, вторичные продукты обогащения различных руд, отходы ферросплавов и др.

Кварцевый и полевошпатовый пески измельчаются до удельной поверхности 2000–3000 см²/г, что повышает их химическую активность. В связи с неодинаковым минералогическим составом песков различных месторождений окончательное заключение о пригодности песка делается после лабораторных испытаний.

Для ячеистых бетонов применяют кислые золы-уноса и гидроудаления от сжигания бурых и каменных углей с содержанием SiO₂ не менее 40 % и стекловидной фазы не менее 50 %.

Зола от сжигания бурых углей должна иметь удельную поверхность не менее 4000 и от сжигания каменных углей не менее 5000 см²/г. К золам предъявляются требования на равномерность изменения объема. Зола активнее молотого песка из-за содержания в ней стеклофазы.

Вторичные продукты обогащения руд должны содержать SiO₂ не менее 60 % и иметь удельную поверхность от 1500 до 3000 см²/г.

Вода для ячеистого бетона должна соответствовать требованиям СТБ1114-98. Они приведены в 4.2.

Порообразователи. В качестве порообразователей применяют газообразователь и пенообразователи.

Газообразователем служит порошок алюминия (алюминиевая пудра), пенообразователями: клееканифольный, состоящий из мездрового или костного клея, канифоли и NaOH; смолосапониновый; алюмосульфонафтеновый – из керосинового контакта, сернокислого глинозема и NaOH; пенообразователь ГК – из гидролизованной боенной крови ПО-6 и сернокислого железа и др.

Добавки. В качестве добавок для регулирования процессов структурообразования, нарастания пластической прочности, ускорителей и пластификаторов применяют строительный гипс, поташ, соду кальцинированную, растворимые силикаты натрия или калия, триэталомин, тринатрийфосфат и суперпластификатор С-3.

В армированных конструкциях арматуру следует защищать от коррозии битумной, цементно-битумной, цементно-полистирольной, латексно-минеральной и другими мастиками.

Формование. Наибольшее распространение получили газобетоны, имеющие более стабильные свойства. Для изготовления газобетона применяют портландцемент, известь, кремнеземистый компонент, воду и газообразователь. Извести вводится до 10 %. Она может и не вводиться. Газообразователь алюминиевый порошок (алюминиевая пудра) вводится в виде суспензии. Для снятия парафина, покрывающего зерна алюминия, применяется ЛСТ, канифольное мыло или порошок прокаливается при температуре 200 ^оС. Алюминий взаимодействует с оксидом кальция Са(ОН)₂:

2Al+3Ca(OH)₂+6H₂O=3CaO · Al₂O₃ · 6H₂O+3H₂.

1 г алюминия выделяет при обычной температуре 1,245 л водорода, который вспучивает бетон. На практике количество вводимого алюминия значительно больше в связи с потерей в процессе приготовления части газа и активностью алюминиевой пудры меньше 100 %. На изготовление 1 м³ газобетона обычно расходуется 0,4–0,5 кг алюминиевой пудры.

Бетонная смесь должна легко вспучиваться. Необходимо, чтобы к моменту окончания выделения газа она имела прочность, способную зафиксировать ячеистую структуру.

Изготовление газобетона включает в себя приготовление смеси, формование и тепловую обработку изделий. Смесь приготавливают в газобетоносмесителях. Вяжущее, кремнеземистый компонент, добавки и воду дозируют и перемешивают 3–5 мин. Затем вливают суспензию алюминиевой пудры и после перемешивания смесь выгружают в стальные формы на высоту с учетом последующего вспучивания. Ускорение газообразования происходит быстрее при температуре смеси 40 ^оС. Поэтому для затворения применяют горячую воду. Количество воды берется обычно 40–60 % от твердых составляющих. Уменьшить количество воды на 40–45 % можно, применяя комплексную вибрацию, приготавливая смесь в вибросмесителе и подвергая форму со смесью вибрации. В результате происходит тиксотропное разжижение смеси, что позволяет уменьшить расход воды и сократить время газовыделения до 5–7 вместо 15–20 мин.

После набора бетоном структурной прочности избыток смеси (горбушку) срезают туго натянутыми струнами или прикатывают, а затем разрезают струнами на изделия необходимых размеров.

Пенобетоны получают смешиванием раздельно приготовленной растворной смеси и технической пены в специальных пенобетоносмесителях. Пену приготавливают в лопастных смесителях или центробежных насосах из водного раствора пенообразователей. Лучшими пенообразователями являются алюмосульфонафтеновый и гидролизованная кровь. Пена должна быть прочной, устойчивой, не осаживаться и не расслаиваться.

Полученную смесь разливают в формы для изделий, где выдерживают до начала тепловой обработки. Уменьшают время выдержки введением ускорителей твердения или применением быстросхватывающихся цементов.

Тепловую обработку ячеистого бетона производят в автоклавах в среде насыщенного пара при температуре 175–200 ^оС и давлении 0,8–1,5 МПа. В этих условиях происходит взаимодействие кремнезема SiO₂ с известью Ca(OH)₂ и образуется гидросиликат кальция CaO·SiO₂·nH₂O.

Тепловую обработку ячеистых бетонов при атмосферном давлении и температуре 80–100 ^оС можно вести на вяжущих из портландцемента, шлакощелочного вяжущего с кремнеземистым компонентом золой-уноса.

Применение. Теплоизоляционные бетоны применяют для возведения наружных самонесущих стен в каркасных зданиях, перегородок, для укрепления покрытий и перекрытий, труб, холодильных камер.

Конструкционно-теплоизоляционные бетоны применяют для изготовления стеновых панелей наружных и внутренних стен жилых и промышленных зданий.

Из конструкционного бетона представляет интерес двухслойная ячеистобетонная плита покрытия, состоящая из конструкционного армированного бетона и монолитного теплоизоляционного слоя из ячеистого бетона.

Арболит

Арболитом называется легкий бетон, состоящий из органического заполнителя растительного происхождения и минерального вяжущего вещества. Легкие органические заполнители снижают среднюю плотность, теплопроводность, позволяют улучшить обрабатываемость изделий. Минеральные вяжущие придают прочность, биостойкость, огнестойкость, морозостойкость.

По назначению арболит подразделяется на теплоизоляционный и конструкционно-теплоизоляционный. Теплоизоляционный арболит имеет прочность от 0,5 до 1,0 МПа, конструкционно-теплоизоляционный – от 1, 5 до 3,5 МПа, марки по морозостойкости – F25, F35. Средняя плотность арболита составляет 400–800 кг/м³, теплопроводность – от 0,08 до 0,19 Вт/(м·^оС).

Биостойкость арболита достаточно высока. Химические добавки, применяемые для обработки заполнителей, обладают антисептическими свойствами.

По огнестойкости арболит относится к трудносгораемым материалам.

Сырьевые материалы. Для изготовления арболитовых изделий применяют в основном портландцементы без минеральных добавок марок 400 и 500. Лучшими являются быстротвердеющие портландцементы. Имеется опыт применения высокопрочного гипса, на котором получают арболит М25.

Органический заполнитель для арболита получают из древесины и отходов сельскохозяйственного производства. Древесное сырье изготавливают из отходов лесопильного производства и предприятий деревообработки, из отходов лесозаготовок. Используют горбыли, срезки, станочную стружку, опилки, сучья, вершины, пни, низкокачественную и дровяную древесину. Можно применять одубину.

Наиболее качественными являются заполнители, получаемые из отходов лесопиления и деревообработки сосны и ели. Худшими – из древесины лиственницы. Древесное сырье следует применять в виде дробленки с частицами длиною 5--40, шириной до 10 и толщиной не более 5 мм. Древесина измельчается дважды. Вначале в щепу на рубильных машинах, а затем – в дробленку на молотковых дробилках.

Для арболита на портландцементе щепу из свежесрубленной древесины следует выдерживать в штабелях на открытом воздухе не мене двух месяцев для удаления экстрактивных веществ и сахаров, которые отрицательно влияют на схватывание и твердение портландцементов. Для арболита на гипсовых вяжущих щепу не выдерживают.

В качестве химических добавок применяются хлорид кальция, растворимые силикаты натрия или калия, сернокислый алюминий и известь, которые являются минерализаторами. Ими обрабатывают дробленку для уменьшения отрицательного влияния экстрактивных веществ древесины на цемент.

Лучшим минерализатором для маловыдержанной древесины является смесь сернокислого алюминия с известью, растворимым силикатом натрия или хлоридом кальция.

Из отходов сельскохозяйственного производства используют костру льна и конопли, рисовую солому, стебли хлопчатника, которые измельчают на рубильных машинах на частицы размером до 40 мм.

Примерный расход материалов на 1 м³ арболита составляет: портландцемент марки 400—320–380 кг, заполнитель – 160–250, вода –330–500, хлорид кальция – 5–9 кг.

Качество арболита можно улучшить путем введения технической пены.

Приготавливают арболитовую смесь в смесителях принудительного смешивания в течении 5–8 мин, формуют изделия в горизонтальных формах силовым вибропрокатом, вибропрессованием, вибрацией с пригрузом, послойной укаткой роликами, тромбованием, прессованием. Твердеют арболитовые изделия в течение 24 часов в воздушной среде с относительной влажностью воздуха 60–80 % и температуре 25–35 ^оС. Затем распалубливаются и выдерживаются 5–7 суток при положительной температуре, зимой в теплом помещении.

Применяют арболит в основном для стен малоэтажных жилых домов. Он должен иметь среднюю плотность 650–700 кг/м³, марку по прочности – М25, марку по морозостойкости – F25.

По морозостойкости гидротехнические бетоны подразделяются на марки F50, F100, F150, F200, F300, F400 и F500. Они определяются испытанием бетонных образцов в возрасте 28 суток. Требования по морозостойкости предъявляются к бетонам наружной зоны переменного уровня воды и надводного бетона. Марки по морозостойкости назначаются в зависимости от климатических условий и количества циклов попеременного замораживания и оттаивания в течение года. Для бетона зоны переменного уровня воды их значения приведены в таблице 4.30.

Таблица 4.30 – Назначение марок гидротехнического бетона по морозостойкости

Жаростойкие бетоны

Жаростойкими называются огнеупорные бетоны, способные сохранять длительное время прочность при температуре свыше 200 ^оС.

По способности выдерживать высокие температуры они подразделяются на 14 классов с предельно допустимой температурой применения от 300 до 1700 ^оС и выше. Для этих бетонов применяют портландцемент, быстротвердеющий портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистый, высокоглиноземистый и бариевый цементы, растворимый силикат натрия, ортофосфорную кислоту, силикат-глыбу.

Заполнителями служат щебень и песок, получаемые из обожженных глин, боя огнеупорных и тугоплавких изделий; из вторичных материалов – доменных, топливных, ферромолибденовых и др. шлаков; горных пород – кварцитов, базальтов, диабазов, туфов, вулканических шлаков, пемзы. Применяются также специально изготавливаемые пористые искусственные заполнители – керамзит, аглопорит, шунгизит, перлит, вермикулит и пр. Для улучшения структуры и жаростойкости в состав бетонов, за исключением бетонов на глиноземистом цементе, вводят тонкомолотые добавки: шамотные, керамзитовые, аглопоритовые, из боя керамического кирпича, из отвального, доменного, гранулированного и ферромолибденового шлаков, золы-уноса, магнезита и др.

В бетоны на растворимом силикате натрия вводятся отвердители: кремнефтористый натрий, нефелиновый шлам, саморассыпающиеся шлаки.

Для жаростойких бетонов, эксплуатируемых при температуре 800 ^оС и выше (класс 8 и выше), определяют остаточную прочность после нагревания до 800 ^оС. Для бетонов, которые применяются при температуре 600 и 700 ^оС(классы 6 и 7) образцы нагреваются до этой температуры, а затем определяется остаточная прочность.

Долговечность жаростойкого бетона оценивается их термической стойкостью, которая оценивается числом циклов водных (Т₁) или воздушных (Т₂) теплосмен и имеет значения Т₁5–Т₁40 и Т₂10.

Обычные бетоны на портландцементе применяются в конструкциях при температуре до 200 ^оС. При этом следует учитывать, что прочность бетона на сжатие снижается на 25 %.

При действии высокой температуры происходит обезвоживание кристаллогидратов и разложение гидроксида кальция. Поэтому в бетон на портландцементе вводят тонко измельченные материалы, связывающие оксид кальция.

Жаростойкие бетоны служат для изготовления различных тепловых агрегатов, дымовых труб.

CБОРНЫЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОН