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.