Ячеистые бетоны

 

Введение

1. Ячеистые теплоизоляционные бетоны. Общие характеристики

2. Описание технологии производства пенобетона

2.1 Основные характеристики пенобетона

2.2 Свойства пенобетона

2.3 Сравнительная характеристика пенобетона и традиционных строительных материалов

3. Области применения пенобетона

Заключение

Список литературы 

 

      Введение 

     Ячеистыми бетонами и силикатами называют искусственные  каменные материалы, состоящие из затвердевшего вяжущего вещества (или смеси вяжущего и заполнителя) с равномерно распределёнными в нем воздушными ячейками. Впервые ячеистые бетоны были получены в конце XIX в. Промышленное производство их началось в 20-х годах нашего столетия.

     В 1924 г. в Швеции был предложен способ получения газобетона на основе цемента, извести и различных добавок  с применением в качестве газообразующего  агента алюминиевой пудры. Несколько  позднее в Дании был изобретен  пенобетон. В 30-х годах были предложены способы получения ячеистых бетонов  на основе цемента, извести и молотого кварцевого песка с последующей  автоклавной обработкой формованных  изделий.

     Систематические исследования по технологии ячеистых бетонов в СССР начались с 1928 г. Уже в начале 30-х годов в Советском союзе в строительстве нашел применение неавтоклавный пенобетон. В дальнейшем был освоен выпуск широкой номенклатуры изделий из ячеистых бетонов. Первые заводы по производству ячеистых бетонов были построены в 1939-1940 гг. В послевоенный период началось заводское производство пеносиликата. В 1953-1955 гг. освоено производство крупноразмерных изделий из пенобетона и пеносиликата для жилищного и промышленного строительства.

     Первым  заводом, освоившим производство крупноразмерных  пенобетонных изделий, был Первоуральский завод. К 1958 г. в Советском союзе  насчитывалось более 50 заводов и  цехов по производству ячеистых бетонов. Годовой выпуск изделий достиг уровня, близкого к 100 тыс. м3. В 1959-1965 гг. были введены  в действие крупные завалы с производительностью 30, 60 и 180 тыс. м3 изделий в год.

     Известно  много типов ячеистых бетонов, отличающихся различными способами получения  пористой структуры, видами вяжущего вещества, условиями формования, твердения  и т.д. 

 

      1. Ячеистые теплоизоляционные бетоны. Общие характеристики 

     Ячеистые  бетоны классифицируются в первую очередь  по способу получения пористой структуры  на газобетоны и пенобетоны. Получение  пористой структуры возможно также  путем испарения значительного  количества вовлеченной воды.

     По  виду вяжущего могут быть получены следующие ячеистые бетоны: на основе цемента - пенобетон и газобетон; на основе известкового вяжущего - пеносиликат и газосиликат; на основе магнезиального вяжущего - пеномагнезит и газомагнезит; на основе гипсового вяжущего - пеногипс и газогипс.

     Часто наименование "пенобетон" и "газобетон" применяют  для обозначения ячеистых бетонов  и силикатобетонов вне зависимости от основного вида вяжущего. Ячеистые бетоны могут рассматриваться как обычные бетоны, в которых роль крупного и, частично, мелкого заполнителя выполняют воздушные пузырьки. Такие бетоны обычно называют просто ячеистыми. Иногда в состав ячеистого бетона вводят крупный заполнитель в виде шлаковой пемзы, перлита, вермикулита, керамзита или других вспученных материалов. Такие бетоны принято называть ячеистолегкими.

     Ячеистые  бетоны подразделяются по способу твердения. Различают ячеистые бетоны естественного и искусственного твердения. Ячеистые бетоны естественного твердения набирают прочность при хранении в обычных атмосферных условиях, а искусственного – при их обработке в условиях повышенных температур под воздействием водяного пара. Обработка называется автоклавной при давлении пара более 1 ат и температуре выше 100° и неавтоклавной, если давление пара менее 1 ат и температура в пределах 25-100°. Соответственно и ячеистые бетоны подразделяются на автоклавные и неавтоклавные.

     Изделия из ячеистых бетонов в зависимости  от требований, предъявляемых к их несущей способности, могут быть армированными и неармированными. В настоящее время ячеистые бетоны применяются в различных частях зданий и сооружений и выполняют всевозможные функции. В зависимости от свойств и области применения ячеистые бетоны делятся на теплоизоляционные и теплоизоляционно-конструктивные.

     Теплоизоляционные ячеистые бетоны отличаются малым объемным весом (менее 1000 кг/м3), низким коэффициентом  теплопроводности и достаточной  прочностью.

     В строительстве применяются различные  изделия из ячеистых бетонов: панели, блоки и камни для наружных и внутренних стен и перегородок, плиты для утепленных кровель промышленных сооружений, скорлупы и сегменты для теплоизоляции трубопроводов, блоки для утепления и т. д. Изделия из ячеистых бетонов выпускают различных размеров как сплошные, так, и пустотелые.

     Физико-механические свойства ячеистых бетонов зависят  от способов образования пористости, равномерности распределения пор, их характера (открытые, сообщающиеся или замкнутые), вида вяжущего, условий  твердения, влажности и многих других технологических факторов. Однако некоторые  свойства ячеистых бетонов подчинены  общим закономерностям. Так, коэффициент  теплопроводности зависит в основном от величины объемного веса. Он почти  не зависит от вида вяжущего, условий  твердения и других факторов. Это  объясняется тем, что материал стенок, образующих поры, состоит из цементного камня или близкого к нему по свойствам  силиката. Поэтому величина пористости и соответственно объемного веса определяет теплопроводность ячеистых бетонов.

     Прочностные свойства ячеистых бетонов зависят  в большей степени от вида вяжущего и условий твердения. Наиболее прочными являются автоклавные ячеистые бетоны, их прочность превышает прочность  ячеистых бетонов естественного  твердения в 8-10 раз.

     Прочность материала стенок ячеистого бетона определяется количеством воды затворения. При твердении ячеистого бетона на основе портландцемента только определенная часть воды участвует в процессе твердения. Количество связанной воды при гидратации цемента зависит от его минералогического состава и в среднем составляет 15-20% от веса цемента. Избыточное количество воды, раздвигая частицы цемента с оболочками из продуктов гидратации, образует прослойки и скопления в толще цементного камня. После высыхания и постепенного расходования воды на продолжающиеся процессы гидратации в цементном камне остаются пустоты. Некоторое количество пустот появляется и в результате усыхания гелеобразных масс, образующихся входе твердения цемента. Поэтому прочность цементного камня понижается по мере увеличения относительного количества воды затворения (или увеличения водоцементного отношения В/Ц).

     Для ячеистых бетонов, в состав которых  входит наряду с вяжущим определенное количество тонкодисперсных добавок, вместо водоцементного отношения принято  определять так называемое водотвердное отношение. Водотвердный фактор - это отношение воды затворения к сумме твердых веществ - вяжущего и добавок. По мере увеличения водотвердного отношения прочность ячеистых бетонов уменьшается. Этой зависимости подчиняются ячеистые бетоны на основе любого вяжущего.

     Средством повышения прочности является уменьшение водотвердного отношения и применение в технологии вибрации как в период приготовления растворов, так и при вспучивании (для газобетонов). Вибрационные воздействия вызывают увеличение подвижности цементного теста, растворов и бетонов и позволяют снижать водотвердное отношение. Другим средством повышения прочности изделий из ячеистых бетонов является армирование. Ячеистые армированные изделия обладают достаточно большой прочностью – 75 кГ/см2 и более. Теплофизические свойства ячеистых бетонов зависят от их влажности. Поэтому одним из основных свойств, характеризующих ячеистые бетоны, является водопоглощение. Водопоглощение ячеистых бетонов зависит от вида вяжущего вещества: бетоны на основе извести, каустического магнезита, каустического доломита и гипса имеют большее водопоглощение, чем бетоны на портландцементе. Вследствие большого водопоглощения изделия из пено- и газосиликатов разрешено использовать в помещениях с относительной влажностью воздуха не выше 50%. Изделия из пеногипса разрешено применять только в конструкциях, надежно защищенных от воздействия влаги. Важным свойством для ячеистых бетонов является усадка. Изделия из неавтоклавного бетона дают большую усадку, чем из автоклавных. Пеногипс и пеномагнезит практически не дают усадки.

     Температуростойкость ячеистых бетонов невысока. Для автоклавных пенобетона и пеносиликата, а также для безавтоклавного пенобетона предельно допустимыми температурами являются 300-400°. При дальнейшем повышении температуры имеет место дегидратация новообразований цементного камня, вследствие чего резко понижается прочность бетонов.

     На  прочности пенобетона и пеносиликата сказывается не только температура, но и скорость нагревания изделий. Быстрый  нагрев скорее приводит к появлению  трещин, чем медленный нагрев до той же температуры. Пеномагнезит при повышении температуры выше 200° имеет меньшую прочность, а при температуре выше 350° он начинает разрушаться. Это свойство пеномагнезита определяется отношением к нагреванию кристаллической хлорокиси магния. Температуростойкость пеногипса незначительна, при температуре выше 50-60 его применять не следует; дальнейшее повышение температуры вызывает дегидратацию двуводного гипса. Для применения при температурах от 400 до 700° разработаны специальные рецептуры жароупорного пенобетона. Жароупорный пенобетон изготовляют из портландцемента, золы-уноса тепловых электростанций, пенообразователя и воды. Вследствие невысокой температуростойкости ячеистые бетоны относятся к изоляционно-строительным материалам и применяются для изоляции ограждающих конструкций зданий и сооружений. 

 

      2. Описание технологии производства пенобетона 

     Изготовление  изделия из неавтоклавного пенобетона.

     Ячеистая  структура может быть получена на основе пено- или газообразования. Производство неавтоклавного пенобетона отличается простотой оборудования и позволяет осуществлять технологический процесс в полигонных и заводских условиях.

     Технологическая линия производства состоит из операций (узлов):

     - приготовление пенообразующего состава;

     - взбивание пены (пенообразование);

     - приготовление цементного теста или раствора;

     - приготовление пенобетонной массы смешиванием пены с цементным тестом или раствором;

     - заполнение форм;

     - твердение изделий.

     В качестве основных материалов в производстве применяются портландцемент и пенообразователи. Для изготовления неавтоклавного пенобетона применяют портландцемент или пуццолановый портландцемент марки не ниже 400. Использование  портландцемента меньшей активности нежелательно, так как в этом случае может быть получен пенобетон  пониженной прочности. Повышение прочности  путем увеличения расхода цемента  приводит к увеличению объемного  веса и, естественно, к ухудшению  теплоизолирующих свойств. Применение шлако-портландцемента в производстве неавтоклавного пенобетона недопустимо, так как этот вид вяжущего вызывает значительную усадку свежеуложенной пенобетонной массы, обусловленную влиянием доменных шлаков на стойкость нет.

     Практически вес 1 м3 пенобетона равен весу цементного камня, при этом весом воздуха в порах пренебрегают. Вес цементного камня равен весу цемента и связанной воды – примерно 15% от веса цемента. В производстве пенобетона важное значение имеет правильный выбор водоцементного отношения. Оптимальное водоцементное отношение определяют из условий получения заданно подвижности пенобетонной массы. В производстве пенобетона к воде затворения предъявляются следующие требования: она не должна быть загрязненной керосином, жирами, маслами и другими примесями, содержать большого количества солей кальция, т.е. не быть жесткой. В качестве пенообразующих веществ применяются клееканифольная эмульсия, алюмосульфонафтеновая эмульсия и др.

     Процесс приготовления пены, цементного теста  или раствора и смешение пены с  цементным тестом или раствором  происходят в пенобетономешалках. Существуют различные типы пенобетономешалок, состоящие из двух или трех барабанов. Наибольшее распространение получили трехбарабанные пенобетономешалки.

     Продолжительность цикла работы пенобетономешалки слагается из продолжительности приготовления раствора, пены и смешения их в барабане-смесителе. Средняя продолжительность цикла приготовления пенобетонной массы равна 6 мин. Готовая однородная пенобетонная масса развозится передвижным кюбелем и разливается в подготовленные формы или непосредственно в опалубку строительной конструкции. Для твердения (набора прочности) пенобетона достаточно пропаривания изделий в камерах при атмосферном давлении (в отличие от газобетона, где пропарка проходит в дорогостоящих и энергоемких автоклавных камерах под высоким давлением и высокой температурой).

     В условиях засушливого климата и  при высоких дневных температурах необходимо проводить поливку водой  для увлажнения поверхности твердеющих изделий.

     Также не исключается вариант естественного  твердения, но при этом уменьшается  оборачиваемость форм в сутки, обычно в два раза! Пенобетон естественного  твердения обладает хорошими теплоизоляционными свойствами. К недостаткам следует  отнести, кроме малой прочности, высокий удельный расход портландцемента; значительную усадку изделий, вызывающую образование трещит; значительное время вызревания (твердения) изделий и, соответственно, длительность процесса производства.

     Получаемые  изделия из пенобетона по своим качественным показателям не уступают традиционному  ячеистому газобетону автоклавного твердения. Благодаря простоте технологии и применяемого оборудования (исключение из технологического цикла помола сырьевых компонентов в шаровых мельницах  и автоклавной обработки), стоимость  изделий в 1.5-2 раза ниже, чем стоимость  таких же изделий из ячеистого  газобетона.

     Расход  пенообразователя определяется требуемой  плотностью пенобетона и колеблется в пределах 0.5-1.2 л/м3.

     Технология  позволяет изготавливать конструкционно-теплоизоляционные  изделия плотностью 500-1200 кг/м3 и теплоизоляционные  изделия плотностью менее 500 кг/м3.

     2.1 Основные характеристики пенобетона

 

     Неавтоклавный пенобетон наряду с высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами имеет  низкие коэффициенты усадки и водопоглощения, обладает высокой пожаростойкостью и устойчивостью к переменному замораживанию, оттаиванию.

     Пенобетон используется в строительстве с 70-х годов более чем в 40 странах. За рубежом этот строительный материал пользуется особой популярностью в  Германии, Голландии, Скандинавских  странах, Чехии. В Швеции более 50% конструкций  возводится из этого эффективного материала.

     теплоизоляционный пенобетон строительный ячеистый

     Характеристики получаемого пенобетона.

Марка пенобетона средней плотности в  сухом состоянии 300 600 800 1000
Теплопроводность  бетона в сухом состоянии не более, Вт/м оС 0,07 0,14 0,21 0,24
Класс бетона по прочности на сжатие В05 В1 В2 В2,5
Средняя прочность на сжатие, не менее, МПа 0,7 1,4 2,9 7,2
 

     2.2 Свойства пенобетона 

     Пенобетон характеризуется следующими свойствами:

     - высокими теплозащитными свойствами: сопротивление теплопередаче в три с лишним раза больше, чем у пустотелого кирпича, что существенно снижает расходы на отопление и прогревание холодного помещения:

     - широким диапазоном прочности: 3-100 кг/см2 допустимая этажность строительства 4 этажа;

     - повышенной морозостойкостью: более 35 циклов;

     - повышенной пожаробезопасностью: стены из пенобетона (150 мм) выдерживают прямое воздействие огня в течение 4 часов, а толщиной 100 мм – 2,5 часа;

     - высокая пористость: в помещениях из пенобетона не накапливается радон, продукты метаболизма, вредные примеси и сырость, ячеистая структура обеспечивает оптимальную воздухо- и паропроницаемость;

     - сорбционная влажность 5-6%, что меньше положенных по нормам 10%;

     - изделия из пенобетона хорошо пилятся, "гвоздятся" и "шурупятся";

     - великолепное шумоглушение – до 58 ДБ;

     - коэффициент линейного расширения для пенобетона имеет такое же значение, что и для нормального бетона. Этот коэффициент важен при использовании бетона на больших площадях крыш, которые подвергаются воздействию тепла и холода. 

 

      2.3 Сравнительная характеристика пенобетона и традиционных строительных материалов 

Показатели

Кирпич  строительный

Строительные  блоки Пенобетонные  блоки
глиняный  силикатный керамзитoбетон газобетон
Плотность, кг/м3 1550-1700 1700-1950 900-1200 300-1200 300-1200
Теплопроводность, Вт/м оС 0,6-0,95 0,85-1,15 0,75-0,95 0,07-0,36 0,07-0,38
Морозостойкость, цикл 25 25 25 35 35

Показатели

Кирпич  строительный

Строительные  блоки Пенобетонные  блоки
глиняный  силикатный керамзитoбетон газобетон
Водопоглощение, % по массе 12 16 18 20 14
Прочность на сжатие, МПа 2,5-25 5-30 3,5-7,5 0,15-25 0,03-12,5
 
 
 

3. Области применения пенобетона 

     • Область применения пенобетона.

     - производство строительных блоков, для классического строительства домов и перегородок монолитное домостроение;

     - тепло- и звукоизоляция стен, полов, плит, перекрытий заполнение пустотных пространств - пенобетон очень текуч, и им можно заполнять любые пустоты, даже в самых труднодоступных местах через небольшие отверстия (подоконники, трубы и т.п.);

     - теплоизоляция крыш, пенобетон низкой плотности дает превосходные тепловые свойства изоляции;

     - заполнение траншейных полостей, пенобетон не оседает, не требует виброуплотнения и имеет превосходные характеристики по распределению нагрузки, обеспечивая заполнение высокого качества;

     - использование в туннелях, пенобетон используется, чтобы заполнить пустоты, которые возникают при прокладке туннелей теплоизоляция трубопроводов (как при производстве труб, так и, непосредственно, на объектах в специальную опалубку).

     • Использование пенобетона для заливки полов и крыш.

     Одной из самых трудоемких операций в строительстве  является создание выравнивающих цементно-песчаных стяжек. Из-за высокой средней плотности таких стяжек (около 2000 кг/м3), увеличиваются нагрузки на перекрытия, стены и фундаменты зданий. Из-за сравнительно высокого коэффициента теплопроводности (0,6 Вт/(м2 С)), полы, которые впоследствии делаются на таком основании, получаются "холодные". Значительно облегчает работу и улучшает характеристики теплопроводности и веса применение пенобетонных стяжек плотностью около 700 кг/м3. В этом случае нагрузки уменьшаются на 60%, повышается звукоизоляция за счет пористой структуры пенобетона, температура на поверхности основания повышается на 2-5°С за счет уменьшения коэффициента теплопроводности в 2-2,5 раза, что значительно увеличивает комфортность пола.

     Предварительно  на полу должны быть сделаны лаги. Максимальный размер пространства без лагов, куда заливается пенобетон 2x2 метра. У пенобетона низкие показатели самовыравнивания и текучести, поэтому после заливки пола, поверхность надо выравнивать планками по направляющим. Ухаживают за залитым пенобетонным полом или крышей, как и за обычным бетонным - поливают и не пересушивают.

     Важно: заливаемую пенобетоном поверхность необходимо увлажнить, для предотвращения усадки и появления трещин. Также, для предотвращения появления трещин, используют полипропиленовую фибру. Обычно её добавляют от 0,5 до 1 кг на 1 м3 пенобетонной смеси.

     После вставания пенобетона можно наносить верхний армирующий слой. Это может  быть половая плитка, самовыравнивающая  смесь (Бетонит, Плитонит и т.п.) или предпочтительней, паркет, дерево, ламинат. Толщина слоя пенобетона для основания полов составляет 30-50 мм. Возможно нанесение слоя до 100 мм. Наименьшая толщина слоя пенобетона при укладке его по плитам перекрытия составляет 30 мм. Конструкция пола рассчитывается и проектируется для каждого конкретного объекта, в зависимости от его назначения.

     Для устройства полов и потолков пенобетон  должен отвечать требованиям ГОСТ 25485 - 89 "Бетон ячеистый", а качество поверхности полов соответствовать  требованиям ГОСТ 13.015.0 - 83. Значительно  сокращает время вставания и, соответственно, ускоряет работу ускоритель твердения.

     • Использование пенобетона для теплоизоляции трубопроводов.

     Пенобетон на протяжении более полувека эксплуатировался в самых суровых условиях - это  монолитная теплоизоляция трубопроводов  бесканальной прокладки, свыше 6000 км в условиях болот, где строительные конструкции разъедаются гуминовыми кислотами, блуждающими токами и солевыми растворами. Трубы разрушаются, а пенобетон не теряет ни сплошности, ни прочности, ни теплоизоляционных свойств, не говоря уже о том, что это самый экологически чистый материал. Сверх этого, пенобетон пассивирует металл от коррозии, т.к. создает повышенную щелочность (рН) его поверхности.

     На  сегодняшний день стандартных методов  заливки теплоизоляционного слоя для  уже смонтированных трубопроводов  не существует, но, по нашим данным, несколько фирм ведут такие разработки, и в скором времени, можно ожидать появления нескольких видов съемной опалубки. 

 

      Заключение 

     Неавтоклавный пенобетон, по сравнению с автоклавным  пено- или газобетоном, позволяет резко снизить затраты на утепление стен и крыш домов и значительно сократить сроки строительства. Достигается это за счёт экономии электроэнергии при производстве пенобетона, уменьшения числа рабочих, дешевизны составляющих пенобетона и отсутствием сложной строительной техники.

     Пенобетон негорюч, обладает высокой противопожарной устойчивостью, что делает его привлекательным материалом при возведении огнестойких конструкций. При воздействии интенсивной теплоты типа паяльной лампы на поверхность пенобетона он не расщепляется и не взрывается, как это имеет место с тяжёлым бетоном. На испытаниях проведённых в Австралии, наружная сторона стены из пенобетона толщиной 150 мм была подвергнута нагреванию до 12000С, а внутренняя нагрелась только до 460С после 5 часов испытания. Материал нетоксичен и не имеет вредных выделений при нагреве свойственных изолирующим материалам из пластмассы или базальтовой ваты. На пенобетоны имеется ГОСТ и различные сертификаты.

     Из-за ячеистой структуры пенобетон имеет  очень низкую теплопередачу. Это  означает, что в большинстве случаев  использование дополнительной изоляции в полах и стенах не нужно.

     Акустические  свойства пенобетона такие, что звук поглощается не отражаясь, в отличие от стен из тяжёлого бетона или кирпича. Особенно хорошо пенобетоном поглощаются низкие шумовые частоты. Поэтому он часто используется как звукоизолирующий слой на плитах конструкционного бетона, чтобы ограничить шумовое пропускание перекрытий в многоэтажных жилых или административных зданиях. Пенобетон, в отличие от минеральной ваты и пенопластов, теряющих свои свойства, со временем только улучшает свои теплоизоляционные и прочностные показатели, что связано с его долгим внутренним созреванием.

     Пенобетон неавтоклавного твердения получил  широкое распространение во всех регионах России. Этому способствовали простота технологии, возможность использования  местных сырьевых материалов (песок, отсевы дробления, и другие отходы промышленности), доступность компонентов для производства. Изделия из пенобетона обладают целым рядом свойств, обеспечивающих их эффективное использование в строительстве:

     высокие тепло- и шумозащитные свойства (0,1 - 0,38 Вт/м*К);

     материал  легкий, имеет приемлемые прочностные  свойства и широкий спектр применения (плотность 400 – 1200 кг/м3, масса 1 м3 70 – 900 кг, предел прочности на сжатие 1 – 10,5 МПа, морозостойкость не менее 35 циклов);

     высокая противопожарная устойчивость (огнестойкость  не менее 120 мин);

     долговечность (не менее 20 лет) и экологическая  чистота;

     экономичность, относительно низкая стоимость (удельный расход электроэнергии на производство пенобетона в 20 раз ниже глиняного  кирпича 4 кВт-час на 1000 шт. усл. кирп.; кубометр пенобетона в 2-2,5 раза дешевле кирпичной кладки, плюс экономия на обогреве помещения).

Ячеистые бетоны