Статьи

Пенобетон. Проблемы получения качественного пенобетона.

Почему не получается пенобетон? Как получить «правильный» пенобетон? Пути сокращения расхода цемента в производстве пенобетона.

Всё чаще строители при выборе материала для возведения самонесущих ограждающих конструкций отдают предпочтение именно ячеистым бетонам. Имеется богатый опыт применения ячеистых бетонов в монолитном строительстве, устройстве перекрытий и теплоизоляционных слоев.

Вместе с тем технология производства неавтоклавного пенобетона более доступна для предприятий, планирующих начать выпуск стеновых блоков. В отличие от технологии производства автаклавного газобетона, для организации выпуска пенобетона не требуется применение дорогостоящих автоклавов, работающих в режиме повышенного энергопотребления, вибрационных площадок, мельниц, ударных площадок, резательных машин. Наконец, неавтоклавный пенобетон можно приготавливать непосредственно на строительной площадке, используя минимальный набор специализированного оборудования.

Однако высокий расход качественного цемента при производстве пенобетона и, как следствие, увеличение себестоимости материала снижает его привлекательность для застройщика, заставляя отдавать предпочтение более доступному на сегодняшний момент газобетону.

Итак, на сегодняшний день проблема сокращения расхода цемента при производстве неавтоклавного пенобетона стоит как никогда остро.

Некоторые характерные проблемы производства стеновых блоков из неавтоклавного пенобетона в условиях малых и средних предприятий
.

  • Пониженная прочность пенобетона при сжатии. Нормируемые показатели физико-технических свойств бетонов ГОСТ-25485-89 указывают на то, что неавтоклавный бетон плотностью D 600 должен соответствовать классу прочности на сжатие В 2, В 1 (Средняя прочность для В 2 - 28.94 кгсм². Ближайшая марка бетона по прочности М25). Однако на практике прочность пенобетона D 600 на сжатие редко превышает 20 кгсм².
  • Пониженные показатели водонепроницаемости и морозостойкости, вследствие большого количества капиллярных пор, вызванных повышенным водоцементным отношением (В/Ц).
  • Большая усадка материала. В ГОСТе 25485-89 указанно, что для неавтоклавных бетонов плотностью D 600 усадка при высыхании не должна превышать 3мм/м. Однако на практике часто наблюдается усадка более 5мм не на метре, а на 60см, при формовании стеновых камней в кассетных формах!
  • Потеря первоначального объема, опадание пенобетонной массы в формах.
  • Низкая распалубочная прочность материала даже после тепловой обработки в течение 8 часов. Низкая распалубочная прочность приводит к большому проценту брака при работе со стеновыми блоками (складирование, технологическая транспортировка), что негативно сказывается на себестоимости производимого материала.

С перечисленными проблемами зачастую сталкиваются не только малые предприятия, не имеющие возможности держать в штате технолога, но и крупные организации, начинающие производство неавтоклавного пенобетона.

Попробуем разобраться с причинами получения некачественного пенобетона, способами повышения качества выпускаемого материала и методами грамотной организации высокорентабельного производства.

Поризованный бетон

Прочность созревшего пенобетона (поробетона) определяется прочностью межпоровых стенок. Соотношение пустот (пор) и цементных (цементнопесчанных) стенок определяет плотность и прочность готового материала.

Чем больше количество пустот и соответственно тоньше межпоровые стенки, тем меньше плотность и соответственно прочность материала. И наоборот, чем меньше пустот, тем более прочный получается материал (более подробно об этом в статье «Обзор современных энергосберегающих строительных материалов, области применения и технология производства»).

Однако размер, форма и равномерность распределения пустот также оказывает значительное влияние на прочность готового материала. И если принять во внимание, что процентное соотношение пустот определяет такие важные характеристики материала, как теплосопротивление, водопоглощение, наконец, объемный вес и уменьшение их количества ни в коем случае не может быть рекомендовано, метод повышения прочности материала путем контроля размеров пустот и их распределения является наиболее перспективным.

Прежде всего, необходимо заметить, что при производстве неавтоклавного пенобетона на турбулентных установках, а также на установках раздельной подготовки компонентов оснащенных пеногенератором наблюдается три типа пустот (пор).

Тип первый: Сферические пустоты правильной формы размерами от 0.1 до 2мм (в пенобетонной массе их большинство, (если не были допущены грубые технологические ошибки). Назовем их «полезные пустоты». Именно «полезные пустоты», прежде всего, влияют на показатели плотности и теплопроводности готового материала, а также его прочности.

Тип второй: Хаотично расположенные капиллярные пустоты различного диаметра и протяженности. Именно эти пустоты второго типа существенно повышают водопроницаемость цементного камня, снижают его морозостойкость и, самое главное, снижают прочность несущих межпоровых стенок! Большое количество капиллярных пор не только делает камень водопроницаемым, но и за счет капиллярного эффекта перемещает воду в соседние блоки расположенные выше! Назовем такие пустоты «вредные, первого вида».

Тип третий: Очень мелкие пустоты, преимущественно неправильной формы, хотя встречаются и сферические, расположенные в межпоровых стенках основных, крупных, «полезных» пустот.

Чуть ниже мы рассмотрим причины образования третьего типа пустот, пока лишь скажем, что они не играют значительной роли в снижении показателей теплопроводности материала и уменьшении плотности, однако наряду с капиллярными порами значительно снижают прочность материала. Эти пустоты назовем «вредные, второго вида».

Перечисленные типы пустот и оказывают основное влияние на физико-технические свойства получаемого пенобетона.

Преобладание одного вида над другим придает пенобетону совершенно разные свойства. При одинаковом количестве цемента, песка, воды и пенообразователя зачастую пенобетон получается совершенно разный, даже на одном предприятии и на том же смесителе. Очень часто приходиться слышать от начинающих производителей красочные рассказы о капризности пенобетона, который в понедельник получается отличный, во вторник не очень, а в среду не получается совершенно и это при том, что ни количество компонентов, ни очередность загрузки не изменялась!

Не в силах понять причины нестабильности получаемого материала производитель тратит огромное количество времени и денег на поиски идеальных пропорций и оплаты услуг «ШАМАНОВ» от пенобетона. Эти специалисты по их же рассказам получали качественный пенобетон, однако объяснить секрет своего успеха и тем более передать его они не могут именно из-за глубочайшего непонимания самого процесса поризации бетона.

Итак, долой «ШАМАНОВ», пенобетон - это бетон с «правильными» пустотами, поэтому сушеные мухоморы и болотная вода для его производства не понадобятся!

Зависимость свойств пенобетона от содержания воды в растворе

Итак, прочность пенобетона (поробетона) напрямую зависит от прочности межпоровых цементнопесчанных (бетонных) стенок. Повышая прочность бетонных стенок, мы увеличиваем прочность готового пенобетона. Существует несколько проверенных способов увеличения марочной прочности бетона. Самый простой, но не самый выгодный способ, это увеличение доли цемента, либо использование портландцемента повышенной марки. Однако в производстве пенобетона в основном и так используется портландцемент М-500. При увеличении доли цемента в бетоне возрастает его стоимость, что в сложившихся условиях совершенно не допустимо.

Желательно повысить прочность пенобетона другим способом, причем, не увеличивая содержание цемента, а уменьшая! Это вполне возможно, причем способ повышения марочной прочности бетона без увеличения доли цемента известен давно и широко применяется в практике бетонных работ.

Это метод снижения водоцементного отношения (В/Ц)

Известно, что для протекания процесса гидратации цемента, достаточно отношение цемента и воды (В/Ц) 0.2-0.25, однако обычно количество воды увеличивают для повышения подвижности раствора. При равном содержании цемента, жесткие бетоны обычно прочнее подвижных бетонов.

«Бетонные работы», А.А. Афанасьев., 1991г..

  • «Жесткая смесь имеет наименьшее водоцементное соотношение (В/Ц)...
  • …Морозостойкость повышается при снижении В/Ц...
  • …Жесткие бетоны при хорошем уплотнении обладают большей прочностью, чем подвижные, при одном и том же расходе цемента. Применение жестких бетонов позволяет экономить 10..20% цемента...»

Практически повсеместное использование пластифицирующих добавок, позволяющих повысить подвижность бетона без увеличения количества воды, либо сохранение подвижности бетона при снижении количества воды, лишний раз подтверждает перспективность метода снижения водоцементного отношения.

Применительно к практике получения качественного пенобетона (поробетона) получены следующие результаты:

Если водоцементное отношение превышает 0.5, наблюдается значительное снижение водонепроницаемости пенобетона, как следствие, ухудшаются показатели морозостойкости. При В/Ц 0.5-0.6 резко снижается прочность готового пенобетона. Снижение прочности наблюдается и в первые сутки нормального твердения, и при испытании двадцативосьмисуточных контрольных образцов пенобетона. И напротив, при В/Ц отношении около 0.4 наблюдается повышение прочности контрольных образцов пенобетона, увеличиваеться водонепроницаемость и морозостойкость пенобетона.

Подобная зависимость физико-технических свойств материала от В/Ц отношения объясняется тем, что при повышенной технологической влажности раствора наблюдается значительное увеличение объема капиллярных пор. «Вредные, первого вида» капиллярные поры значительно ослабляют несущие, бетонные, межпоровые стенки.

Чем выше содержание воды в растворе, тем большее количество капиллярных пор образуется! Простым увеличением доли цемента эту проблему решить не возможно!

На практике это выглядит так: Цемент, песок, вода при постоянном, интенсивном перемешивании из состояния жидкого раствора, после введения пенообразователя, постепенно густеет, подвижность раствора уменьшается, а пластичность увеличивается. Если используется смеситель турбулентного типа, на поверхности приготавливаемого раствора наблюдается устойчивая воронка, вызванная быстро вращающимся активатором. При повышении пластичности приготавливаемого пенобетонного раствора иногда наблюдается обрыв воронки, которая впрочем, появляется снова, в противном случае перемешивание прекращается, так как активатор смесителя турбулентного типа не способен перемещать малоподвижный раствор. Пенобетон, полученный таким образом ни в коей мере нельзя назвать качественным материалом. При огромном перерасходе цемента ни показатели прочности, ни морозостойкости не будут соответствовать требованиям ГОСТа! Несущие стенки «полезных» пустот будут пронизаны ослабляющими «вредными, первого вида» порами, образовавшимися вследствие повышенного содержания воды в растворе (В/Ц более 0.5).

Итак, для повышения прочности пенобетона необходимо снижение водоцементного отношения, однако пенобетонный раствор пониженной технологической влажности имеет повышенную пластичность. Приготавливаемый пенобетон с В/Ц около 0.3 при дальнейшем увеличении пластичности переходит в так называемое псевдотвердое состояние. Подобную сверхпластичную массу невозможно перемешивать турбулентными пенобетоносмесителями обычной конструкции. Сверхпластичную, вязкую пенобетонную массу очень трудно перемешивать. Активаторы турбулентных смесителей традиционной конструкции просто прорезают вязкую массу не вызывая ее движения! Подобная картина наблюдается и на установках раздельной подготовки составляющих, оснащенных пеногенератором. Тихоходный активатор таких установок также не эффективен при работе со сверхпластичным раствором. Очевидно, необходима такая конструкция активатора, который смог бы интенсивно перемешивать пенобетонную массу, способствуя активному воздухововлечению. Интенсивность воздухововлечения зависит от скорости вращения активатора, его конструкции, количества свободной воды (не связанной с цементом), количества и качества пенообразователя.

Именно пенообразователь исполняет роль «ловушки» вовлекаемого в раствор воздуха, стойкость пены, как и показатели кратности пены, важные моменты получения качественного пенобетона.

Однако в рамках данной стать мы умышленно не касаемся проблем химических составляющих пенобетона, наша задача в освещении чисто физических причин получения, либо не получения качественного пенобетона.

Так что же происходит с цементнопесчанным раствором, приготавливаемым в турбулентном смесителе после добавления пенообразователя? Вращающийся активатор перемешивает приготавливаемую массу, способствуя активному вовлечению воздуха в раствор, пенообразователь запирает «пойманный» воздух в оболочку. Образовавшиеся воздушные пузырьки более-менее равномерно распределяются по всей массе приготавливаемого раствора поризуя его. Вот именно на этом этапе производители пенобетона и допускают главную ошибку! Как говорилось выше, объем вовлеченного воздуха во многом зависит от количества свободной воды в растворе, если свободной воды не достаточно смесь не поризуется. Однако при увеличении количества воды, хотя поризация смеси и протекает более активно, образуется большое количество капиллярных пор «вредные, первого вида» . Так, где же выход из этой ситуации? Выход в оптимальном подборе водоцементного отношения, с обязательной поправкой на водопотребность используемого песка и цемента. При увеличении доли цемента в смеси, следует увеличить водотвердое (В/Т) отношение, если используется песок увеличенного модуля крупности водотвердое (В/Т) отношение следует уменьшить.

Оптимально подобранные В/Ц и В/Т отношения - единственный способ сократить расход цемента и получить качественный материал!


….Связь усадок с увлажнением

Большое значение имеет (влажностная) усадка. Цемент, твердея, изменяется в объеме. На воздухе цементное тесто уменьшается в объеме, и размеры изделия укорачиваются. Это укорочение называется усадкой. Если взять давно затвердевший пенобетон и поставить его во влажные условия, то он начнет увеличиваться в объеме, удлиняться, и это удлинение называют разбуханием. Если же, наоборот, подсушивать пенобетон, то он начнет уменьшаться в объеме и обнаружит усадку. Многолетние наблюдения над цементами, растворами и бетонами подтверждают, что объем всех изделий из цемента зависит от влажности, и с изменением условий хранения наблюдается либо усадка (при высыхании), либо разбухание (при увлажнении).

Карбонизационная усадка

Эта усадка начинается практически сразу после изготовления пенобетона и продолжается в течение всего срока службы изделий из пенобетона. Заключается она в том, что находящаяся в цементном камне известь СаО, образовавшаяся в результате реакций гидратации вступает в реакцию с углекислым газом (СО2), являющимся частью атмосферы, с образованием карбоната кальция СаСО3 (он же банальный мел) со всеми вытекающими отсюда неприятными последствиями — общий объем системы уменьшатся, прочность бетона тоже падает и пенобетон «рвет». Визуально образцы пенобетона, в которых проходит карбонизационная усадка, приобретают светло-желтый цвет. Особенно интенсивно карбонизационная усадка протекает в теплоизоляционных пенобетонах: чем меньше плотность пенобетона, тем легче углекислому газу добраться вглубь материала. У конструкционных же пенобетонов плотностью 700...900 кг/м3. пролежавших на открытом воздухе достаточно долго, на изломе образца достаточно четко видна граница пенобетона в котором прошла реакция карбонизации с пенобетоном еще не прореагировавшим с СО2.

Бороться с этой усадкой можно только защищая пенобетон от воздействия атмосферного воздуха, при кладке стен это обязательное их оштукатуривание или гидрофобизация, при монолитной заливке, допустим, кровель, — это устройство качественной паро — и гидроизоляции монолитного пенобетона и т. п. Кроме уменьшения карбонизационной усадки такой способ позволяет снизить также усадку влажностною. Кстати интересный эксперимент был проведен д.т.н., профессором Белгородского технологического университета Коломацким А. С.: изготовленный теплоизоляционный пенобетон плотностью 250 кг/м3 в количестве 1 м3 был складирован в подвальном помещении, в которое был затруднен доступ атмосферного воздуха. Пенобетон из той же партии находился на открытой площадке. Образцы пенобетона, находившиеся на открытом воздухе, через год были покрыты сеткой трещин, обусловленных карбонизационной усадкой, цвет образцов был светло-желтый по всей толщине. На образцах пенобетона из подвального помещения усадочные трещины отсутствовали, цвет образцов светло-серый. Т.е. защитив пенобетон от воздействия углекислого газа атмосферного воздуха можно практически полностью избавиться от карбонизационной усадки.

Контракционная усадка

Если затворить 100 грамм цемента водой в мерной емкости, после его схватывания и твердения мы можем заметить, что объем затвердевшего цементного камня на 3...5 мл меньше объема цементного теста, из которого этот камень получили. Вот это явление и получило название контракционной усадки. Бороться с этой усадкой можно только уменьшая в цементно-песчаной композиции количество самого цемента, соответственно увеличивая количество заполнителя, в случае с пенобетоном — это возможно только за счет увеличения количества песка в смеси (в случае с тяжелым бетоном можно увеличить количество в смеси не только песка, но и щебня). Естественно, заменив часть цемента песком, мы потеряем какую-то часть прочность пенобетона, а с пенобетоном такой фокус проделывать довольно опасно, часто прочность пенобетона находится на нижнем пределе прочности для его плотности.

Обратите внимание, поскольку усадке в пенобетоне подвержен только цемент, то и такой путь борьбы с ней как увеличение количества заполнителей в смеси позволяет уменьшить все три вида усадки. Поэтому если есть возможность применять пенобетон прочностью «поменьше» не стоит перестраховываться и оставлять количество цемента проектным — лучше снизьте его и получите пенобетон меньшей прочности, но зато и с меньшей усадкой.



К списку статей