Использование цемента в приготовлении пенобетона

Исследования пермских ученыхпоказали, что определенные добавки, введенные в пенобетонную смесь в соответствующемколичестве от массы бездобавочного портландцемента, повышают прочностьпенобетона.

В настоящее время наблюдается увеличение объемов строительства частногозагородного жилья, монолитно-каркасного домостроения, где пенобетонзарекомендовал себя очень эффективным, надежным, менее трудоемким и наиболеедешевым в сравнении с другими материалом. В связи с этим резко возрос интерес ктехнологии его изготовления. Производство пенобетона привлекает своей простотойи возможностью получить монолитный бетон на строительной площадке. Практикаизготовления пенобетона показывает большие различия в физико-механическихпоказателях изделий. Это связано с влиянием многих факторов, определяющихсвойства изделия, но главными из них являются: применяемый пенообразователь, характеристикаоборудования, характеристика вяжущего и заполнителя. Обычно у пенобетонщиков подвяжущим подразумевается цемент. Иногда уточняется его марочность — М400, М500.Еще более точная характеристика — количество минеральных добавок. В ПЦ-400Д0 ихдо 5 %, в ПЦ-400Д20 — до 20% и т. д. Этого недостаточно для полнойхарактеристики цемента. При указании применяющегося цемента необходимообязательно ссылаться на его производителя. В зависимости от особенностейместной сырьевой базы минералогия цементов разных заводов очень сильноразнится. В первую очередь — по содержанию 3-кальциевого алюмината С3А. И хотяэти цементы имеют равную 28- суточную прочность, кинетика ее набора, а такжевремя схватывания и скорость твердения сильно отличаются. Присутствие пенообразователя,который тормозит гидратацию цемента и сильно пластифицирует смесь, усиливаетэто различие.

Абсолютно не учитывается такой фактор, заметно влияющий на активностьцементов, как продолжительность хранения их на складе после изготовления. Любойцемент при хранении теряет 15–20 % своей активности через 3 мес. и 20–30 % ибольше — через 6 мес. Процесс идет не только из-за присутствия влаги в воздухе,но и под воздействием атмосферной углекислоты [2]. Задача восстановленияактивности при использовании долго хранившегося цемента решаема. Для этого необходимоввести в технологическую цепочку весьма простой агрегат (например, мельницу), вкотором будет проводиться предварительная активация цемента. Таким образом, чемвыше будет марочная прочность цемента после механоактивации, тем прочнее будетцементный камень. Практика показала, что при получении пенобетонов со среднейплотностью выше 400 кг/м3 возможно применение портландцементов типаПЦ400-Д0 и ПЦ400-Д20. Для получения пенобетонов со средней плотностью 300 кг/м3и ниже требуются высокомарочные портландцементы типа ПЦ500-Д0.

Вещественный состав цемента тоже играет большую роль в технологиипенобетона. Как правило, цементные заводы в качестве активной минеральнойдобавки используют доменные гранулированные шлаки, которые, в свою очередь,медленно взаимодействуют с водой. Чем больше шлака в составе цемента, теммедленнее схватывается и твердеет последний. Применение цементов, содержащих всвоем составе активные минеральные добавки осадочного происхождения,недопустимо, особенно при производстве теплоизоляционных бетонов. Это связано стем, что минеральные добавки типа трепела, опоки, диатомита состоят изаморфного кремнезема и имеют высокоразвитую поверхность частиц. Эти частицыхорошо адсорбируют на своей поверхности молекулы ПАВ пенообразователя, что можетпривести к повышению расхода пенообразователя или осадке пеномассы в форме [3].В портландцементе эти добавки обычно содержатся в количестве до 20 %.

Наши исследования показали, что те же добавки, введенные в пенобетоннуюсмесь в количестве 7–10 % от массы бездобавочного портландцемента повышаютпрочность пенобетона по заданной плотности при нормальном расходепенообразователя.

Для производства пенобетона очень важно иметь короткие сроки наборараспалубочной прочности материала. Сроки схватывания пенобетонного массивабудут зависеть от количества и вида вводимого пенообразователя и тонкостипомола цемента. Чем тоньше измельчен цемент, тем интенсивнее он твердеет.Прочность цементного камня в первые сутки твердения определяется содержанием ввяжущем зерен размером до 5 мкм. Частицы размером зерен до 6–30 мкм — основнаяфракция — определяют качество цемента в целом, фракция 30–60 мкм способствуетросту прочности после 28 сут. твердения. Сроки схватывания цемента регулируютсязаводами-изготовителями количеством вводимого природного гипсового камня. Дляускорения сроков схватывания пеномассы в формах в литературе [1, 4] рекомендуютиспользовать в качестве вяжущего для пенобетонов безгипсовые клинкерные цементы.От минералогического состава клинкера зависит конечная марочная прочность,кинетика набора прочности, сроки схватывания цементов, тепловыделение пригидратации, долговечность цементного камня в агрессивных средах, усадочныеявления. Основными минералами, отвечающими за марочную прочность, срокисхватывания и кинетику нарастания прочности, являются 3-кальциевый силикат C3Sи 3-кальциевый алюминат С3А. Чем выше содержание C3S,тем выше может быть марочная прочность и скорость набора прочности. Высокоесодержание С3А ускоряет сроки схватывания и набора прочности цементов в ранниесроки. Присутствие в пеноцементной системе поверхностно-активных веществизменяет гидратационные свойства цементов. По эффективности влияния ПАВ насвойства растворов и бетонов все цементы мы условно разделили на группы:

1. С3А<6 масс. %, C3S>50 масс. %;

2. С3А<7–10 масс. %, C3S>40 масс. %;

3. С3А>10 масс. %, C3S<40 масс. %.

Такое деление справедливо для цементов, применяемых в пенобетонах.Наиболее эффективными для применения в технологии пенобетонов являются цементы1-й группы [4]. В Пермском крае в основном используются горнозаводский, сухоложскийи невьянский цементы. Они отличаются по минералогии, поэтому огромный интерес представляетсобой изучение того, как влияет содержание основных минералов цемента нафизико-механические свойства пенобетона.

По минеральному составу цементы подразделяют на алитовые, белитовые иалюминатные в зависимости от содержания алита — 3CaO•SiO2(C3S),белита — 2CaO•SiO2 (C2S), алюмината кальция 3CaO•Al2O3(C3A).Надо отметить, что делениеэто довольно условно и существует множество переходных композиций, которыемогут быть в равной степени отнесены ко всем трем типам. В наших экспериментахв качестве алитового цемента был выбран горнозаводский, белитового — сухоложский,а алюминатного — невьянский. Все цементы не содержали активных минеральныхдобавок. (Вид использованного цемента устанавливали по данным документов окачестве каждого цемента.)

С использованием этих цементов были приготовлены образцы пенобетона спенообразователем ПБ-20 с проектной плотностью 600 кг/м3. Послеестественного твердения на воздухе образцы испытывали через 1, 7 и 28 сут.Расход цемента во всех случаях был одинаковым и составлял 365 кг на 1 м3 пенобетона.

Прочность определяли на 6 образцах-«близнецах» с длиной ребра 10 см каждого состава.Разброс прочности (коэффициент вариации) в каждой серии не превышал 15 %.Полученные результаты приведены в табл. 1.

Тип цемента	Минеральный состав (ориентировочно)			Предел прочности при сжатии, МПа, в возрасте
	C3S	С2S	C 3A	1 сут.	7 сут.	28 сут.
Горнозаводский	60	18	8	0,56	1,84	3,77
Сухоложский	50	26	10	0,62	1,79	3,54
Невьянский	40	22	10	0,79	1,95	3,47

Таблица 1. Влияние минерального состава портландцементана прочность пенобетона

Скорость твердения в начальный период и конечная прочность выше уалитовых цементов, несколько меньше — у алюминатных. У белитовых цементовскорость твердения в первой половине 28-суточного периода ниже, чем у других,но конечная прочность практически не отличается. Как видно из приведенных в табл.1 данных, тип цемента существенно не влияет на конечную прочностьпенобетона, так как отличия между прочностью пенобетона на цементах разныхтипов не превышает величины коэффициента вариации.

Необходимо еще раз отметить, что технология пенобетона требует нетолько грамотно выбранной схемы производства и соответствующих материалов, но истрогого соблюдения технологической дисциплины.

Литература:

1. Бабушкин В. И. Пенобетонные смеси ускоренного твердения на безгипсовомцементе // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. — 2003. — № 4. — С. 69–72.

2. Волженский А. В., Буров Ю. С. Минеральные вяжущие вещества. — М.: Стройиздат, 1973.

3. Коломацкий А. С. Процессы твердения цемента в пенобетоне // ВестникБГТУ им. В. Г. Шухова. — 2003. — № 4. — С. 138–145.

4. Фендер Л. А. Роль цемента в формировании свойств бетонных смесей ибетонов // Цемент и его применение. — 2001. — № 6. — С. 29–31.