Технология высокопрочного ячеистого бетона

В настоящее время предприятиямиРеспублики Беларусь выпускается около 2,5 млн м3 ячеистого бетона вгод, при этом к 2015 году существующие мощности по его производству планируетсяувеличить примерно в 2,1 раза [4]. Такая тенденция обусловлена, в первую очередь,энерго- и ресурсосберегающим направлением современной технической политики в областистроительства. На сегодняшний день ячеистый бетон особенно востребован, так какон является практически единственным строительным материалом, позволяющимизготавливать однослойную стену, не требующую дополнительного утепления. Приэтом ячеистый бетон, как показывает практика, обладает рядом преимуществ посравнению с другими стеновыми материалами.

Одной из актуальных проблем впроизводстве ячеистого бетона является необходимость снижения его плотности.Так, например, на ОАО «Гродненский комбинат строительных материалов» освоенвыпуск плит марки по плотности D150–250.Снижение средней плотности на 50 кг/м3позволяет сократить потеритеплоты в окружающую среду через стену и снизить расход топлива на обогревзданий до 1 кгусл. топлива на 1 м2стены в год [5]. Кроме того, возникает возможность сокращения расхода такихдорогостоящих сырьевых материалов, как известь и цемент, а также затрат напомол песка и известково-песчаного вяжущего. Основной проблемой в данном случаеявляется невысокая прочность ячеистого бетона. Решение этой проблемы позволит обеспечитьсохранность готовых изделий при транспортировке и укладке в процессе ихпроизводства и применения. Большое значение при этом имеет возможность уменьшениятолщины стеновых блоков и снижения нагрузки на фундамент.

Таким образом, создание новых исовершенствование применяемых составов ячеистого бетона является важнойзадачей, решение которой обеспечит снижение затрат на производство данного видаматериала. В связи с этим в производстве ячеистого бетона стали широко применятьсяразличные модифицирующие добавки неорганического и органического происхождения,способствующие изменению свойств, структуры и фазового состава материала взаданном направлении. В качестве таких добавок используются: двуводный гипс,сульфанол, сульфат магния, ангидрит и др. [1–3]. Тем не менее, проблемасохранения прочности при снижении средней плотности до конца так и не решена.

Разработканаучно-технологических основ повышения прочности ячеистого бетона за счетизменения структуры и фазового состава продуктов гидросиликатного твердения,интенсификации гидратационных и кристаллизационных процессов приавтоклавировании является перспективным направлением, так как потенциалувеличения прочностных характеристик данного материала за счет его химизацииявляется достаточно высоким.

Данная работа посвященаразработке и использованию минеральных добавок, которые вводятся в составячеистобетонной смеси и приводят к повышению прочностных характеристик готовыхизделий.

В качестве добавки, котораяактивизировала бы физико-химические процессы, лежащие в основеструктурообразования и набора прочности, используется сульфоалюминатныймодификатор (СМ). В настоящее время СМ производится на Петриковскомкерамзитовом заводе ОАО «Гомельский ДСК» и используется для получениябезусадочных и напрягающих растворов и бетонов. СМ получают путем обжига вовращающейся печи при температуре 900–1100 °C смеси фосфогипса, глины и мела. Указанные сырьевые компонентыпри твердофазовом спекании обеспечивают необходимую минералогическую основу,которая по своим физико-химическим характеристикам должна обеспечить интенсификациюпроцессов гидросиликатного твердения. При этом при производстве СМ в результатеспекания глинистые минералы разлагаются, и продукты их разложения вступают вовзаимодействие с другими компонентами сырьевой смеси. Минералогическая основаСМ представлена ангидритом, сульфоалюминатом кальция, сульфосиликатом кальция,кремнеземом, небольшим количеством метакаолинита.

СМ вводился в составячеистобетонной смеси, рассчитанной на получение ячеистого бетона плотностью 200–500кг/м3, в количестве 1–5 % от массы сухих компонентов в молотом видес удельной поверхностью 2500–3000 см2/г. Формование изделийосуществлялось литьевым способом при В/Т=0,6. Запаривание сырца производилось вавтоклавах ОАО «Минский КСИ» при избыточном давлении 1,0 МПа. После запариванияизделия подвергались испытанию на прочность при сжатии.

Результаты испытаний приведены втабл.1 и на рис. 1. Исследования проводились на лабораторных образцах-кубахразмером 10?10?10 см, в связи с чем прочность контрольных (бездобавочных)образцов является несколько завышенной по сравнению с промышленными аналогами. Всвязи с этим интерес представляют не столько сами значения прочности, сколькосоотношение между прочностью контрольных и модифицированных образцов.

Содержание добавки, масс. %	Предел прочности при сжатии, МПа	Объемная масса, кг/м?
Марка по плотности D500
0	2,5	508
1	4,2	474
2	4,6	489
3	4,9	512
4	5,5	502
5	5,6	499
Марка по плотности D400
0	2,2	412
1	3,8	392
2	4,0	404
3	4,6	409
4	4,9	418
5	5,0	415
Марка по плотности D300
0	2,1	308
1	2,7	297
2	3,4	304
3	4,1	309
4	3,5	306
5	3,8	314
Марка по плотности D200
0	1,3	212
1	1,6	206
2	2,1	210
3	2,5	216
4	2,4	209
5	2,4	218

Таблица 1. Влияниесодержания СМ на прочность ячеистого бетона

Рис. 1. Зависимостьпрочности ячеистого бетона от содержания СМ

Как видно из табл.1, добавка СМ увеличивает прочность образцов по сравнению сконтрольными в среднем примерно в 1,8 раза для ячеистого бетона со среднейплотностью 400–500 кг/м3 и в 1,5 раза — для средней плотности 200–300кг/м3. При увеличении содержания СМ наблюдается плавный постепенныйприрост прочности во всех образцах, что видно из рис. 1. Дальнейшееувеличение содержания добавки СМ в ячеистом бетоне представлялосьнецелесообразным из-за возможного замедления роста пластической прочности сырцаи снижения морозостойкости готовых изделий.

С помощью рентгенофазового идифференциально-термического анализа было установлено, что СМ вследствие своейминералогической основы оказывает интенсифицирующее воздействие на процессыгидросиликатного твердения. Это способствует увеличению прочности ячеистогобетона.

Цементирующее вещество вобразцах ячеистого бетона с СМ содержит в основном низкоосновные гидросиликатыкальция (ксонотлит, гиролит, гидросиликаты кальция тоберморитового ряда),которые отличаются высокой прочностью и морозостойкостью, вследствие чегооказывают положительное влияние на прочностные характеристики готовых изделий.Имеющийся в модификаторе нерастворимый ангидрит ?-СаSО4 не обнаруживается впродуктах гидросиликатного твердения. Это происходит, на наш взгляд, из-за внедренияиона SO42– в структурутоберморитового геля CSHс образованием гидросульфосиликата кальция.

На рис. 2, 3 приведенырентгенограммы контрольного образца (без добавки) и образца ячеистого бетона,содержащего 3 % добавки СМ, соответственно.

Рис. 2. Рентгенограммаконтрольного образца ячеистого бетона. ? — ?-кварц; ? — гиролит 2CaO•3SiO2•2H2O; ? — гиллебрандит 2СаО•SiO2•H2O; ? — тоберморит 5CaO•6SiO2•5H2O; ? — ксонотлит 6CaO•6SiO2•H2O; ? — портландит Ca(OH)2.

Рис. 3. Рентгенограмма образцаячеистого бетона, содержащего добавку СМ. ? — ?-кварц; ? — гиролит 2CaO•3SiO2•2H2O; ? — гиллебрандит 2СаО•SiO2•H2O; ? — тоберморит 5CaO•6SiO2•5H2O; ? — ксонотлит 6CaO•6SiO2•H2O; ? — портландит Ca(OH)2

Как видно из рентгенограммы,дифракционные отражения ?-SiO2 и Са(ОН)2 для модифицированногообразца имеют значительно меньшую интенсивность по сравнению с контрольным(бездобавочным) образцом, что объясняется их более полным взаимодействием.Следует отметить также, что общий уровень закристаллизованности образца,содержащего добавку СМ, значительно выше по сравнению с бездобавочным.

В результате проведенныхиспытаний установлено также, что морозостойкость модифицированного ячеистогобетона не уступает бездобавочным аналогам.

Полученные результаты позволилина втором этапе работы использовать модификатор, полученный путем обжига притемпературе 900–1000 °Cсмеси глины, мела и сульфатного шлама, который является отходом Белорусского металлургическогозавода (г. Жлобин) и образуется после нейтрализации травильного раствора. Приспекании такой сырьевой смеси образуются твердые растворы сульфоминералов типасульфоалюмоферритов, которые действуют аналогично сульфоалюминату кальция иобладают слабыми вяжущими свойствами. Состав шлама представлен в основномдигидратом сульфата кальция, гидроксидом железа III и небольшим количеством различных примесей,что дает возможность использовать его взамен фосфогипса в составе добавки, иявляется одновременно способом утилизации данного отхода.

Было исследовано влияние добавкимодификатора с различным соотношением компонентов на прочность ячеистого бетонамарки по плотности D500.На основании полученных результатов определен оптимальный состав добавки.Предложенный состав, включающий модифицирующую добавку в количестве 3 % отмассы сухих компонентов, обеспечивает повышение прочности в среднем в 2–2,5раза по сравнению с контрольными образцами. Повышение прочности образцовячеистого бетона обусловлено наличием тех же кристаллических фаз: ксонотлита, гиролита,гидросиликатов кальция тоберморитового ряда. В результате исследования состава и структуры образовавшихся продуктовтвердения обнаружено повышение степени усвоения кварца, а также более плотнаяструктура гидросиликатного камня, содержащего в большом количестве волокнистыеи игольчатые кристаллы, которые образуют прочный пространственныйкристаллический каркас.

Таким образом, получениеячеистого бетона, который по плотности соответствует теплоизоляционному, а попрочности — конструкционно-теплоизоляционному, является, несомненно,перспективным направлением в современном производстве строительных материалов. Введениев состав ячеистобетонной смеси на стадии ее приготовления модифицирующих добавокв количестве 3–5 % от массы сухих компонентов позволяет регулировать основныеэксплуатационные характеристики ячеистого бетона, повышая его прочность исохраняя необходимую морозостойкость. Разработанные составы могут бытьрекомендованы для изготовления несущих и ограждающих конструкций, а также дляконструкций теплоизоляционного назначения. Ячеистый бетон на сегодняшний деньособенно востребован, так как он является практически единственным строительнымматериалом, позволяющим изготавливать однослойную стену, не требующую дополнительногоутепления.

Литература:

1. А. с. 316667 СССР, Кл С 04 В15/02. Смесь для изготовления изделий из ячеистого бетона / В. В. Михайловскийи др. (СССР). — №1243086/29-33; заявлено 12.05.68, опубл. 07.10.71, Бюл. № 30.

2. А. с. 453380 СССР, Кл С 04 В15/02. Ячеистобетонная смесь / Э. М. Гольдшмидт и др. (СССР). — №1873009/29-33; заявлено 19.01.73, опубл. 15.12.74., Бюл. № 46.

3. А. с. 453382 СССР, Кл С 04 В21/02. Ячеистобетонная смесь / А. А. Безверхий, Н. М. Дуболазов (СССР). — № 1879426/29-33;заявлено 05.02.73, опубл. 15.12.74, Бюл. № 46.

4. Соколовский Л. В. и др.Производство, свойства и применение ячеистого бетона автоклавного твердения //Строительные материалы. — 2004. — № 3. — С. 2–6.

5. Соколовский Л. В.Энергосбережение в строительстве. — Минск: Сринко, 2000.