Использование разрядно-импульсного воздействия в технологии пенобетона

Повышение физико-механических и эксплуатационных свойств пеноматериалов достигается снижением толщины и увеличением прочности межпоровых перегородок.

Для повышения прочности и снижения теплопроводности пенобетонов на цементной основе целесообразно применение разрядно-импульсного воздействия. Разрядно-импульсное воздействие (РИВ) является средством активизации процесса твердения, изменения морфологии новообразований и повышения ранней и длительной прочности пенобетона.

Установлено, что в результате РИВ нормативная прочность пенобетона со средней плотностью 600 кг/м3 возрастает на 20 % и соответствует классу по прочности В2,5. При этом теплопроводность полученного пенобетона снизилась на 15 %, за счёт увеличения в составе гидратных новообразований доли низкоосновных гидросиликатов кальция.

Одним из наиболее перспективных строительных материалов нашего времени является неавтоклавный пенобетон, который может использоваться как конструкционный, теплоизоляционно-конструкционный и теплоизоляционный материал. Увеличение его использования как в сборном, так и в монолитном строительстве требует улучшения его физико-механических и эксплуатационных свойств (прочности и теплопроводности), а также сокращения сроков твердения.

Прочность пенобетона определяется прочностью его межпоровых перегородок, которая, в свою очередь, зависит от физико-механических свойств цементной матрицы. Повышение прочности этой матрицы позволяет снизить толщину межпоровых перегородок, уменьшить среднюю плотность пенобетона и улучшить его теплофизические показатели.

Эффективным средством решения этой задачи является использование РИВ. Сущность метода заключается в создании в дисперсной системе мощного электрического разряда, вызывающего развитие электрогидравлического эффекта. Импульсный электрический разряд в жидкости — процесс с большой концентрацией энергии, в результате которого происходит активация жидкой фазы и увеличение числа активных центров на поверхности вяжущего и дополнительное их возбуждение. В результате этих явлений ускоряется процесс твердения и возрастает прочность искусственного камня [1].

Использование РИВ в технологии пенобетона заключалось в его приложении на цементную дисперсию, после чего она смешивалась с предварительно приготовленной пеной. Из полученной пенобетонной смеси формовались образцы-кубы с ребром 100 мм, которые твердели 28 сут. в нормальных условиях. Составы пенобетонов различной средней плотности приведены в табл. 1.

Средняя плотность, кг/м3	Расход материалов на 1 м3 пенобетона						В/Ц
	Ц, кг	П, кг	В в растворе, кг	Пенообразователь, кг	В в пене, кг	Объём пены, л
400	300	50	100	1,5	60	800	0,53
600	360	180	110	1,3	52	690	0,46
800	460	260	140	1,2	46	633	0,44

Таблица 1. Расход материалов для пенобетонов D400–800

Эффективность применения РИВ на вяжущие системы, как и других внешних технологических воздействий, определяется их приложением в оптимальные сроки, определяемые структурным состоянием этих систем.

Коагуляционная структура твердеющих систем является наиболее эффективно управляемой матрицей, так как контакты в ней являются обратимыми и обеспечивают термодинамическую устойчивость этих систем. Очевидно, что РИВ наиболее эффективно на такой стадии существования коагуляционной структуры, когда жидкая фаза в ней является непрерывной. При этом степень восприимчивости цементных паст к РИВ зависит от водоцементного отношения.

Проведённые исследования показали, что увеличение В/Ц с 0,3 до 0,5 приводит к возрастанию прочности цементного камня в марочном возрасте по сравнению с контрольными с 30 до 56 %. Повышение эффекта воздействия с увеличением В/Ц объясняется тем, что в этом случае увеличивается содержание основной токопроводящей фазы-воды, что способствует улучшению условий разряда и гомогенизации смеси при осуществлении РИВ. Как уже указывалось выше, эффективность РИВ напрямую определяется как активацией и созданием новых активных центров поверхности твёрдой фазы, так и активацией жидкой фазы в пасте. Так как одним из основных эффектов РИВ является комплексная активация жидкой фазы, при увеличении её количества естественно ожидать закономерного роста достигаемого эффекта.

Кроме этого, эффективность РИВ определяется моментом его приложения и числом импульсов. Проведённые исследования показали, что наибольший прирост прочности цементного камня имеет место при осуществлении РИВ в течение первых 10–20 мин с момента затворения, а энергия, введённая в вяжущую систему (число импульсов) соответствует кажущейся энергии активации процесса структурообразования [1].

Физико-механические характеристики пенобетонов, изготовленных с использованием РИВ с учётом указанных условий, приведены в табл. 2.

Марка по плотности	Пенобетон после РИВ		Контрольный пенобетон		Прирост показателя
	Rсж, МПа	Класс по прочности	Rсж, МПа	Класс по прочности	?Rсж, %
400	1,38	В1	1,12	В0,75	23,2
600	3,25	В2,5	2,63	В2	23,6
800	4,23	В3	3,51	В2,5	20,5

Таблица 2. Прочностные показатели пенобетонов D400–800

Как следует из приведённых данных, РИВ повышает прочность пенобетона для всех исследованных марок по плотности (D400–800) на один класс за счёт повышения прочности цементно-песчаной матрицы материала. Кроме физико-механических свойств, в результате РИВ улучшаются и теплофизические характеристики пенобетонов: снижается коэффициент теплопроводности (табл. 3).

Марка по плотности	Пенобетон после РИВ	Контрольный пенобетон	Снижение показателя
	Коэффициент теплопроводности, Вт/(м•K)	Коэффициент теплопроводности, Вт/(м•K)
400	0,08	0,09	12,2
600	0,10	0,11	13
800	0,17	0,20	15

Таблица 3. Теплопроводность образцов пенобетона D400–800

Снижение теплопроводности пенобетона обусловлено несколькими факторами. Во-первых, в результате разрядно-импульсного воздействия в вяжущей системе возникает разветвлённая структура с большим числом перекрытий. Это обусловливает образование мелкозернистой структуры цементного камня, в которой тепловой поток при распространении встречает больше препятствий, что и способствует снижению теплопроводности. Во-вторых, как показал рентгеноструктурный анализ, в цементном камне, подвергнутом разрядно-импульсному воздействию, вследствие интенсификации полимеризации кремнекислородных анионов образуется больше низкоосновных гидросиликатов кальция. Как показано в работе [2], увеличение в составе новообразований доли низкоосновных гидросиликатов кальция способствует снижению теплопроводности цементного камня и пенобетона в целом.

Таким образом, проведённые исследования показали, что применение разрядно-импульсного воздействия в технологии пенобетона способствует повышению его прочности на один класс и снижению коэффициента теплопроводности на 13–15 %.

Литература:

1. Кузнецов А. Н., Гаркави М. С. Влияние разрядно-импульсного воздействия на структурообразование и прочность цементного камня и бетона // Цемент и его применение. — 2005. — № 6. — С. 44–45.

2. Чернаков В. А. Закономерности изменения основных тепло- и механофизических свойств пеноматериалов в зависимости от композиционной цементной основы: Автореферат диссертации. — СПб., 2004.