17.06.2009 21:36:24
В середине прошлого столетия востребованными стеновымиматериалами были кирпич и легкий бетон; ячеистые же бетоны только робко“выглядывали” из стен лабораторий. Толщина кирпичной стены была чаще всего 64 см; использование легкогобетона снизило её до 40–50 см, и это было большим достижением, сразууменьшившим и материалоемкость, и трудоемкость, и энергоемкость строительнойпромышленности.
Из этого бетона стали делать крупные блоки и стеновые панелиразмером “на комнату”: информация о крупнопанельных московских Черемушкахгремела на всю страну. Там же, где не было легкого бетона, пытались делатькирпичные панели.
Тот строительный бум, основу которого составиликрупнопанельные пятиэтажки (ругаемые ныне “хрущевки”) был большим благом длянарода. И он не приобрел бы таких масштабов, если бы не отечественныеразработки в области бетонов, в первую очередь, крупного ученого Н.А. Попова.
Легкий бетон стал возможным благодаря применению пористыхзаполнителей, например, керамзита — обожженных глиняных шариков, а также другихподобных материалов: термозит, шунгизит и др. Их смешивали с обычнымстроительным раствором и формовали панели. Все было бы хорошо, но тут сталпоявляться более эффективный материал — конструкционно-теплоизоляционный ячеистыйбетон, который позволил еще снизить толщину стены до 28–35 см.
Реакция была незамедлительной: появился легкий бетон споризованным цементным камнем, достаточно легкий и сравнительно “теплый”.Поризовали его так же, как и ячеистый бетон — либо пеной, либо газообразователями.Но при этом не могла не возникнуть проблема: действительно ли это легкий бетон,а не ячеистый бетон с пористым заполнителем, — которая потянула за собойцелуювереницу вопросов. А так ли нужен ячеистому бетону пористыйзаполнитель? А если нужен, то любой ли? А если не любой, то каким требованиямон должен отвечать? А сколько нужно вводить этого “не любого” заполнителя?...
Теоретически возможна ситуация, когда и по прочности, и потеплопроводности зерна заполнителя идентичны окружающему их ячеистому бетону;при этом и несущая способность, и термическое сопротивление строительногоэлемента, выполненного из такого материала, не должны зависеть ни от количествавведенного заполнителя, ни от взаиморасположения его зерен. Назовем такойзаполнитель адекватным. Единственным фактором, определяющим степеньцелесообразности введения такого заполнителя, будет экономика.
Межзерновая пустотность сферического монофракционногозаполнителя в долях объема составляет около 0,5. Следовательно, один кубометр легкогобетона с поризованным цементным камнем содержит в себе не менее половиныкубометра ячеистого бетона и кубометр заполнителя. Значит, выполнение критерияэкономичности требует, чтобы коммерческая стоимость кубометра заполнителя(франко-потребитель) была вдвое ниже себестоимости ячеистого бетона. Это первое(настораживающее) условие целесообразности введения в ячеистый бетон пористогозаполнителя.
К этому нужно добавить дополнительные расходы наскладирование, на внутренний транспорт, на контроль качества, на дозирование,на приобретение, монтаж и обслуживание дополнительного оборудования. Каждый изингредиентов бетона и каждая новая единица оборудования могут оказатьсяисточником непредвиденных ошибок, поломок и потерь.
Отдельно нужно сказать об очень важной в современныхусловиях статье расходов — это энергозатраты. Известно, что дляускорения твердения и, следовательно, для повышения экономичности, изделия излегкого бетона подвергают гидротермальной обработке — пропариванию. При этомэнергия расходуется не на химические процессы гидратации цемента (они идут свыделением тепла), а только на повышение температуры материала с учетом еготеплоемкости. При этом энергозатраты практически не зависят от наличия илиотсутствия в бетоне пористого заполнителя. Но ведь заполнитель уже однаждыполучил свою (и весьма существенную) порцию энергии при его изготовлении (приобжиге), а тут, в составе бетона, он нагревается вторично.
При теоретическом рассмотрении возможного адекватногозаполнителя предполагалось, что все его зерна абсолютно одинаковы, что и попрочности, и по теплопроводности каждое зерно идентично окружающему егобетону. Но на практике этого никогда не бывает. Если даже средние показателизерен в данной партии идеально совпала с характеристиками бетона, то средиотдельных зерен попадутся и менее прочные, и более “холодные”. Да и средниепоказатели меняются от партии к партии. Следовательно, при введении в ячеистыйбетон реального пористого заполнителя, непременно пострадают одновременноего и прочностные, и теплозащитные свойства.
Если в среднем зерна заполнителя окажутся “холоднее”ячеистого бетона, то для восстановления проектного термического сопротивленияизделий потребуется одно из двух: или увеличить толщину изделия, или снизитьплотность ячеистого бетона. В первом случае возрастет расход материальных,трудовых и энергетических ресурсов на добычу, доставку, складирование ипереработку сырья, потребуется полная замена парка форм, а возможно и кранов,расширение пропарочных камер, при этом снизится производительность завода (впересчете на квадратные метры ограждения), увеличатся затраты натранспортирование и монтаж готовой продукции, возрастет площадь застройки иприобъектных складов.
Во втором случае снизится прочность бетона, потребуется, влучшем случае, увеличение расхода цемента или интесификация режимов тепловойобработки, а если это не поможет, то надо либо закрывать завод, либоотказываться от введения пористого заполнителя. Такой же финал ожидается итогда, когда, в среднем, зерна заполнителя окажутся “теплыми” но не достаточнопрочными.
Представляет интерес вопрос, возможны ли в принципе условия,при которых только по условиям прочности и теплопроводности (т.е. не взирая наэкономику) целесообразно введение в ячеистый бетон пористого заполнителя.
В настоящее время, практически на всех крупныхячеисто-бетонных заводах, плотность выпускаемыхконструкционно-теплоизоляционных изделий составляет 600 кг/м3 при прочности 3,5МПа (такие показатели получены и на неавтоклавном бетоне). Если найдетсяпористый заполнитель с насыпной плотностью не более 300 кг/м3, обеспечивающийдостижение прочности бетона не ниже указанной, то возможность применения его неисключается.
Некоторую информацию по данному вопросу дает государственныйнормативный документ — СНиП II–3–79**, согласно которому, минимальная плотностьлегкого бетона на пористом заполнителе (керамзите) с поризованным цементнымкамнем (без указания прочности бетона) составляет 500 кг/м3 (следует заметить,что, согласно тому же документу, минимальная плотность ячеистого бетона равна300 кг/м3).
Если допустить, что межзерновая пустотность заполнителядействительно равна 0,5 объема и заполнена ячеистым бетоном плотностью 600кг/м3 (который обеспечивает получение нужной прочности), то насыпная плотностьзаполнителя действительно должна быть не выше 300 кг/м3. Материал с такойнизкой плотностью хоть и встречается в рассматриваемом документе, но только вразделе теплоизоляционных засыпок, а не заполнителей для бетона.
Похоже, по сегодняшним меркам, легкий бетон не достаточнолегок, Похоже, его звездный час, как стенового материала, либо прошел, либо ещене наступил. “Неисповедимы пути науки”!
Есть надежда на возрождение былой славы легкого бетона. Делов том, что теоретически возможна ситуация, когда пористый заполнитель, имеющийочень малый вес и практически нулевую прочность, может обеспечить возможностьполучения не только высоких теплозащитных характеристик изделия, но идостаточной несущей способности. Чем выше пористость зерна заполнителя, темниже его прочность. Это непоколебимый факт. Но при этом увеличивается и другоеего свойство — водопоглощение. Для строительных материалов это свойствоне воспринимается как положительное, однако, в данном случае оно может спастирепутацию легкого бетона.
Пористое зерно заполнителя отсасывает воду из окружающегоего ячеистого бетона, в результате бетон уплотняется, вокруг зерна образуетсяупрочненный слой с вариатропной макроструктурой, который способен восприниматьповышенные механические нагрузки.
В случае обычного, сравнительно тяжелого, зерна керамзитаэтот эффект мало заметен. Однако очень пористое зерно с повышеннымигилрофильными свойствами может создать оболочку более прочную, чем само зерно.При этом будет обеспечена и требуемая несущая способность, и необходимаятеплозащита.