Главная Бетон и ЖБИ Ячеистый бетон - история и свойство

Ячеистый бетон - история и свойство


Природа ячеистого бетона
Ячеистый бетон - это легкий искусственный материал, полученный в результате твердения поризованной смеси, состоящей из гидравлических вяжущих веществ, тонкодис­персного кремнеземистого компонента, воды и газообра­зующей добавки.
В ячеистых бетонах содержится более 60 % пустот. Образование пористой (ячеистой) структуры происходит либо за счет специальных газообразующих добавок, либо за счет введения в смесь специально приготовленной пены. По этой классификации ячеистые бетоны разделяются на газобетоны и пенобетоны.
По способу гидротермальной обработки ячеистые бетоны делятся на две основные группы: бетоны автоклавного и бетоны неавтоклавного твердения (пропаривание или воздушное твердение). Качество таких бетонов значительно отличается, потому что гидротермаль­ная обработка изменяет минералогический состав бетона.
История
Производство автоклавного ячеистого бетона стало развиваться примерно 100 лет назад. В 1880 г. был выдан патент Михаэлису на запаривание в автоклаве известково-песчаной смеси в течение 9-10 часов под давлением около 0,8 МПа. Изобретение Михаэлиса имело огромное значение для развития производства автоклавных материалов, в том числе и ячеистых бетонов.
В 1919г. инженер Грош (Берлин) впервые предложил применение металлической пудры для газообразования при производстве ячеистого бетона. Металлическая пудра могла быть   цинковой,   магниевой,   алюминиевой: последняя получила наибольшее распространение. Известно, что между алюминием и гидратом окиси кальция происходит химическая реакция:
2 А1 + 3 Са (ОН)а + 6 Н20      3 Н2 -Т- + СаО
А103 • 6 Н20 + Q
В ходе реакции в большом количестве выделяются газ (водород), тепло и происходит связывание воды, что поло­жительно влияет на загустевание и схватывание ячеисто-бетонной смеси.
При использовании алюминиевой пудры образуются газовые поры (ячейки) с равномерной структурой. Это имеет большое значение для повышения качества и долговечности изделий при эксплуатации зданий.
Ячеистый бетон, широко известный в настоящее время во всем мире, был запатентован  в Швеции в 1923  г. изобретателем  Эриксоном, которого считают основоположником современного ячеистого бетона. Через 15 лет появились первые армированные изделия, которые вначале применялись в странах Скандинавии.
Однако далеко не все патенты были реализованы в практике производства ячеистобетонных изделий. Например, патенты на образование газа для создания ячеистой структуры бетона: карбид кальция и гидрат алюминия; карбонат алюминия и карбонат натрия; кислоты и смесь кислотных солей и карбонатов; цинк и магний; метод электролиза; загустевание и твердение бетона при пониженном давлении воздуха; перемешивание смесей и формование под избыточным давлением с запустеванием: схватывание и твердение при нормальном давлении.
Состояние
В настоящее время во всем мире годовой объем производства ячеистобетонных изделий находится в пределах 43-45 млн м3. Основной объем производства приходится на заводы, работающие по технологиям фирм "Хебель", "Итонг" (Германия), "Сипорекс" (Швеция, Финляндия), "Дюрокс-Калсилокс" (Нидерланды). "Селкон" (Дания, Великобритания). "Униполь" (Польша).
В 45 странах мира (без участия стран СНГ) работает более 200 заводов ячеистого бетона. Из них по лицензиям фирмы "Сипорекс" - 30 заводов. "Итонг" - 50, Верхан" - 50 "Хебель" - 35, "Калсилокс" - 15. "Селкон" - 8 заводов и т. д. Наиболее распространенная мощность предприятий - 160-200 тыс. м3 изделий в год.
В ряде стран (СНГ, Польша, Китай. Чехия, Словакия, Дания, Япония) наряду с лицензионными технологиями используются собственные отечественные разработки. Собственные технологии отличаются, как правило, способами подготовки (помолом) компонентов, формованием ячеистобетонной смеси и разрезки массивов на изделия.
В 1991 г. в странах СНГ было выпущено около 5,7 млн. м3 ячеистобетонных изделий, из них 1,37 млн. армированных стеновых панелей, плит покрытий и перекрытий. Наибольшую долю в общем выпуске составили мелкие ячеисто-бетонные блоки - 3,2 млн. м3 в год. За последние 10 лет объем производства ячеистобетонных изделий в странах СНГ значительно сократился, примерно на 50 %,
Существенно лучше положение на предприятиях ячеистобетонных изделий в Республике Беларусь. Объемы производства практически не упали, физико-механические показатели бетона не уступают зарубежным, а морозостойкость превосходит зарубежные аналоги. Однако внешний вид изделий и точность геометрических размеров должны быть улучшены [2].
Технология производства
Ячеистобетонный раствор (песок, вяжущие и вода) равномерно смешивают с алюминиевой пудрой, затем приготовленный раствор, еще не содержащий газ, заливают в формы и лишь после этого в нем начинается химическая реакция с выделением водорода. Образующиеся при этом пузырьки газа вспучивают раствор, и последний распределяется вокруг пузырьков, образуя равномерную яче­истую структуру материала.
Следует отметить, что для перемешивания ячеистобетонной смеси с алюминиевой пудрой до требуемой гомогенности в отличие от пенобетона, где гомогенность достигается только при очень жидких смесях, можно использовать смеси с меньшим количеством воды затворения, особенно при использовании динамических воздействий. Кроме того, применение динамических воздействий (ударных или вибрационных) при формовании ячеистобетонной смеси позволяет целенаправленно управлять вспучиванием - образованием макроструктуры ячеистого бетона. Плотность и прочность ячеистобетонного каркаса между газовыми пузырьками (ячейками) увеличивается, что и повышает прочность и долговечность изделий.
Анализ производств ячеистобетонных изделий по традиционной литьевой технологии, особенно зарубежных фирм, достигших сравнительно высоких технико-экономических показателей производства, свидетельствует, что из-за большого количества воды затворения используются смеси с повышенным расходом вяжущих материалов (цемент и известь), высокой тонкостью помола песка [3000-3500 см2/г) и цемента (3500-40До1см2/г). Требуются большие затраты на автоклавную обработку (давление 1,2-1.4 МПа и продолжительность 15-16 ч) и очень высокое качество всех исходных материалов.
Производство ячеистобетонных изделий характеризуется большой продолжительностью выдержки сырца до резки (3-5 ч) и автоклавной обработки, значительной влажностью изделий после автоклавной обработки, равной примерно половине количества воды затворения, и низкой их морозостойкостью.
Рассматривая межпоровый материал ячеистого бетона (микроструктура) с позиции основных законов бетоноведения, приходим к выводу об отрицательном влиянии на его свойства избыточного количества воды затворения. Формирование макроструктуры (ячеистой структуры) газобетона определяется двумя обобщающими характеристиками: для литьевой и ударной технологий объемом образующегося газа и реологическими свойствами раствора, кинетика изменения которых во времени зависит от исходного состояния смеси (щелочности, вязкости, температуры, газообразующей способности раствора) и от интенсивности динамических воздействий в процессе формования (вспучивания).
При литьевой технологии процесс вспучивания смеси определяется только качеством и количеством  исходных компонентов и поэтому подбор исходного её состояния  является пассивным управлением процессом Использование динамических воздействий позволяет регулировать этот процесс с учетом изменения реологических свойств смеси.
Известно, если во время формования вязкость ячеисто-бетонной смеси ниже оптимальной, то нарушается баланс базовой фазы: газообразователь полностью не использу­ется и происходит недовспучивание или осадка смеси, если вязкость достигает заданной высоты. Резко увеличивается давление в ячейках, вызывающее в конечном итоге появление трещин в межпоровом материале и расслоение в бетоне. Отклонения вязкости смеси от оптимальной в обоих случаях приводят к разрушению микроструктуры и низкому качеству бетона.
Для нормального проектирования процесса вспучи­вания смеси необходимо обеспечить оптимальную вязкость, по возможности понизить ее, например, за счет тиксотропного разжижения смеси.
Явление тиксотропии заключается в разрушении слабых коагуляционных структур с помощью динамических воздействий и в переводе защемленной (иммобилизованной) и частично адсорбированной воды в свободное состояние. Кроме того, динамические воздействия в начале процесса гидратации разрушают коагуляционную структуру, разжижают смесь, а позднее - обеспечивают уплотнение межпорового вещества, содействуют преодолению энергетического барьера между частицами и способствуют образованию кристаллизационной структуры (микроструктуры). Таким образом, задача состоит в выборе способа динамических воздействий на смесь интенсивности и частоты.
Исследования причин разрушения пористой структуры при формовании, теоретическая оценка скорости движения газовой поры при динамическом воздействии на смесь во время ее вспучивания, а также оценка влияния частоты и амплитуды динамических воздействий на механизм вспучивания смеси показал преимущества использования низкокачественного цикличного формования и, в частности, формования ячеистобетонной смеси с применением ударных воздействий.
В институте НИПИ силикатобетона (г. Таллинн) в 1976-1991 гг. совместно с Рижским политехническим институтом, Московским инженерно-строительным институтом и ВНПО "ВНИИСТРОМ" производились научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по исследованию и созданию ударной технологии формования ячеистобетонных изделий и разработке ударных площадок [3].
Это принципиально новое направление технологии производства изделий из ячеистого бетона базируется на использовании в качестве динамических воздействий для разжижения смеси удара, более эффективного, чем вибрация, на колебаниях ячеистобетонной смеси на основной собственной частоте и на эффекте остаточной тиксотропии, что приводит к снижению интенсивности газовыделения из смеси во время ее формования, обеспечивая получение высококачественной микро- и макроструктуры бетона.
Проведенные исследования основных закономерностей ударного способа формования, в том числе экспериментальное определение структурно-механических и акустиче­ских параметров смеси, убедительно подтвердили правильность выбора нового способа формования и оборудования.
Сравнительная оценка качества макроструктуры ячеи­стого бетона, полученного по ударной технологии, показывает, что оно находится на уровне, соответствующем опти­мальной структуре бетона. Макроструктура равномерна, без расслоений и трещин. Например, относительное количество ячеек с дефектными простенками межпорового материала составляет 6,0, а показатель изотропности и бездефектности ячеистой структуры бетона (K), равен 0,66. Средняя величина Кб бетона для оптимальной структуры - 0,64.
Коэффициент равноосности ячеек (средняя округлость ячеек), который наиболее четко характеризует качество макроструктуры бетона, особенно при вертикально направленном динамическом воздействии, совпадающим с направлением движения газовых пузырьков и вспучивания смеси, находится в пределах 0.85-0,87.
Известно, что прочностные и особенно эксплуатационные свойства ячеистого бетона связаны со структурой межпорового пространства, главным образом, с распределением капиллярных пор по размерам. Было изучено распределение пор в радиусе более 50 и менее 0,01 мкм, характеризующее состояние микроструктуры (г< 0,01 мкм), от 0,01 до 0,1 мкм (состояние переходных пор) и от 0,1 до 500 мкм (состояние более мелкой части микропор).
Установлено, что независимо от способа формования смеси (ударная или литьевая технология), вида вяжущего, общая пористость ячеистого бетона изменяется в пределах 68,7-79,9 %, а объем капиллярных пор радиусом не менее 0,01-50 мкм колеблется в пределах 361,3-562,5 мм3/г. возрастая для материалов с пониженной плотностью за счет увеличения переходных пор в интервале радиусов 0,1-0,01 мкм. Объем этих пор, обладающих высокой удельной поверхностью 11,5-27,4 м2/г, составляет для образцов ячеистого бетона ударной технологии 39,9-51,4 % против 57,7-62.6 % - для ячеистого бетона литьевой технологии.
Анализ показал, что для получения повышенной прочности ячеистого бетона необходимо стремиться к умень­шению объема пор радиусом 0,1- 0,01 мкм. Максимальную прочность имели образцы ячеистого бетона, водопоглощение которых изменялось в пределах 30,2-33,2 %. а объем переходных пор (г = 0.01-0.1 мкм) составлял 165-225 м3/гр.
Установлено, что при одной и той же плотности, в зависимости от величины объема, образованного порами радиусом 0,1-0,01 мкм. морозостойкость изменяется в широких пределах, повышаясь с увеличением плотности.
Таким образом, использование ударных воздействий при формовании ячеистобетонной смеси приводит к перераспределению объема пор радиусом менее 0,01 и 50 мкм. Для ячеистого бетона, полученного по ударной технологии по сравнению с литьевой, характерно снижение доли "опасных" переходных пор радиусом 0,01-0,1 мкм при практически одинаковой его плотности и возрастание объема пор радиусом 0,1-50 мкм.
То есть, принципиально следует стремиться к максимально возможному снижению капиллярной пористости путем сокращения количества воды затворения. Например, при одинаковой плотности, равной 460 кг/м3. ячеистый бетон, изготовленный по ударной технологии, имеет прочность при сжатии 4.23 МПа, а по литьевой - 3.86 МПа: водопоглощение составляет соответственно 34,1 и 45,7%. а морозостойкость - 35 и 15 циклов.
Нам кажется, что наряду с изучением влияния различных технологических факторов на морозостойкость бетона (результаты этих обширных исследований широко освещены и литературе), наступило время изучить влияние величины морозостойкости ячеистого бетона на эксплуатационную стойкость и долговечность изделий из него. Известно, что при прочих равных условиях, долговечность материала в ограждающих конструкциях здания зависит от конструкции самого здания (защищенность конструкции от увлажнения, нагрузки на конструкцию стены и т. д.). Это особенно актуально в связи с переходом в строительстве на применение конструктивно-теплоизоляционного ячеистого бетона плотностью 350-400 кг/м3, а в последующем плотностью 150+250 кг/м3
Нами проведены обширные исследования по изучению макроструктуры ячеистого бетона [3]. Ячеистый бетон имеет капиллярно-пористую структуру в отличие от мате­риалов с капиллярной структурой - тяжелый бетон, сили­катный и глиняный кирпич. Поэтому для оценки морозо­стойкости ячеистого бетона, по-видимому, нужно приме­нять другие критерии, чем те, которые применяются по ГОСТ 25485. В настоящее время методы определения морозостойкости для материалов с различной структурой практически идентичны.
Проведенные ранее многочисленные исследования по распределению пор [ 1 ] показали, что в ячеистом бетоне объем опасных переходных пор в интервале радиусов 0,1+0,01 мкм составляет 30-60 %, а остальной объем так называемые "неопасные" резервные поры с радиусом более 0,1 мкм. Тогда как в плотном материале практически весь объем составляют капиллярные поры с радиусом 0,1+0,01 мкм. Естественно, что все элементы макроструктуры материала оказывают неодинаковое влияние на формирование физико-механи­ческих свойств материала и в процессах протекающих при эксплуатации материала в натурных условиях.
Многочисленные наблюдения за поведением различ­ных стеновых материалов при эксплуатации в ограж­дающих конструкциях зданий показали, что у материалов с капиллярной структурой, имеющих показатель по морозо­стойкости значительно выше, чем у материалов с капил­лярно-пористой структурой, более интенсивно идет их разрушение. Кроме того, если материалы с капиллярной структурой применяются в наружных ограждающих кон­струкциях зданий, то материалы с капиллярной структурой только с защитно-декоративным покрытием, что естест­венно, значительно повышает их долговечность.
В старых стандартах СССР до 1965 года морозостой­кость ячеистого бетона регламентировалась 15 циклами. Однако в дальнейших стандартах требования морозостой­кости ячеистого бетона не совсем обосновано повысились. Во всех стандартах европейских стран по ячеистому бетону вообще отсутствуют требования по морозостойкости. В нашем же белорусском стандарте СТБ 1117 даже к ячеи­стому бетону, используемому во внутренних стенах, имеется требование по морозостойкости.
По-видимому, в первую очередь должно быть жестко регламентировано предельное водонасыщение ячеистого бетона в конструкциях зданий и значительно понижены требования по морозостойкости. Для этого необходимо про­вести исследование влияния морозостойкости ячеистого бетона на эксплуатационную стойкость и долговечность изделий в конструкциях зданий и подготовить изменения к стандартам СТБ 1117-98; СНиП; П-22-81 и СНиП 2.03.01-84.
В 1962 г.. например, в г. Таллинн были построены жилые дома из блоков ячеистого бетона с морозостойкостью 10 циклов и в 1966 г. административное многоэтажное каркасное здание из армированных панелей с морозостой­костью 15 циклов. В настоящее время ограждающие конструкции всех зданий находятся в нормальном состоя­нии. Все это еще раз подтверждает, что при рациональном применении ячеистобетонных изделий в конструкциях зданий, например, отсутствие дополнительного увлажне­ния их, а также предотвращения образования и развития при эксплуатации деструктивных процессов в материале от силовых воздействий на необоснованные завышенные в настоящее время требования по морозостойкости ячеи­стого бетона.
Резка, упаковка
В технологии фирмы "Итонг". "Верхан", "Грайзель" и "Маса-Хенке" перед разрезкой на изделия заданных размеров ячеистобетонный массив (сырец) кантуется на 90" с формой на ее борт или специально подставляемый под боковую поверхность "чужой" борт - поддон, на котором распалубленный массив подается под резательные ма­шины, затем в автоклав и на склад готовой продукции.
В технологии фирм "Хебель", "Дюрокс-Калсилокс". "Аэрок" и "Силбет" массив распалубливается  переносится специальными захватами с плоскости поддона формы на стол резательной машины, разрезается, затем на решетках подается в автоклав и на склад готовой продукции. В тех­нологии фирмы "Сипорекс" распалубленный массив (борта формы поднимаются вверх) на своем щелевом поддоне разрезается, после чего борта формы опускаются на прежнее место, форма с массивом подается в автоклав. Гидротермальная обработка производится в тупиковых и проходных автоклавах диаметром 2.4 - 2,8 м, длиной до 50 м при давлении не ниже 1,0 МПа.
В армированных изделиях фирмы "Хебель" отклонения от заданного размера по длине составляют ±4.0 мм. высоте -±3,0 мм и толщине - ±3,0 мм, а в неармированных -±1,0+1,5 по всем направлениям [1].
В армированных изделиях фирмы "Дюрокс-Калсилокс" отклонения от заданных размеров по длине, высоте, тол­щине соответственно ±4,0 мм, ±3,0 мм, ±2,0 мм, неарми­рованных - ±2,0 мм. ±2.0 мм, ±1,0 мм.
Точные по размерам изделия выпускают фирмы "Итонг", Грайзель". "Верхан" и "Маса-Хенке", а так же "Аэрок" и "Силбет" (последнее поколение резательных машин) - откло­нения по всем направлениям соответственно ±1,0+1,5 мм.
В технологиях всех вышеперечисленных и других зару­бежных фирм готовая продукция отправляется потреби­телю в упакованном виде. Упаковка производится в термо­усадочную пленку или пакеты, которые обвязываются металлическими или синтетическими лентами.
Номенклатура производства
Неармированные изделия (мелкие и крупные блоки, перегородочные плиты) могут изготавливаться любых размеров, при этом длина блока или ширина перегородок равна высоте массива. Изделия из ячеистого бетона соответствуют требованиям: СТБ 1117-98 "Блоки из ячеистых бетонов стеновые", СТБ 1185-99 "Панели стеновые наружные бетонные и железобетонные для зданий и сооружений. Общие технические условия". ГОСТ 21520-89 "Блоки из ячеистых бетонов стеновые мелкие. Технические условия", DIN 4166 "Газобетонные строительные плиты и  газобетонные строи­тельные плиты", DIN 4165 "Газобетонные блоки и газобетонные плоские камни", DIN 4223 "Армированные кровельные и потолочные плиты из автоклавного газо- и пенобетона".
Армированные изделия выпускаются длиной до 7,2 м. шириной до 0,75 м и толщиной до 0,375 м. При этом шаг изделий по длине составляет 5-25 мм и толщине 25-100 мм, а ширина изделий обычно бывает равной высоте форму­емого массива. Длина армированных изделий зависит от их толщины и расчетных нагрузок.

Применение ячеистого бетона
Всеми фирмами накоплен опыт по применению ячеисто-бетонных изделий в строительстве. Кладка стен и перегородок из неармированных изделий осуществляется на клею, на нормальном или "легком" растворах. Армированные панели монтируются на элементы железобетонного или метал­лического каркасов, а кровельные плиты покрытия и плиты межэтажного перекрытия укладывают на железобетонные, металлические балки, фермы или на стены зданий через монолитные железобетонные пояса.
В заключении следует отметить, что не смотря на имеющиеся технические проблемы, как в области произ­водства, так и в области применения ячеистого бетона, материал широко используется в строительстве граж­данских и промышленных зданиях практически по всему земному шару. Сегодня ячеистый бетон является практи­чески единственным строительным материалом, из которого во всех странах СНГ и Балтии можно строить дома с однослойными стенами, отвечающими современным требованиям по теплозащите зданий. В Республике Беларусь и за ее пределами в строительстве зданий используется ячеистый бетон плотностью 400 кг/ма. Кроме того, планируется в экспериментальном энергоэффективном доме для ограждающих конструкций использовать ячеистый бетон плотностью 350 кг/м3. а так же при уте­плении существующих зданий.

 

Наши работы

concrete_flow_1..jpg

Продаётся сайт betonr.ru!
▼ 8(951)5000-880 ▼

Домену betonr.ru, больше 5 лет.
Тематика Бетон строительство, регион Ростовская область.
Сайт хорошо индексируется и воспринимается поисковыми системами!
При желании и прямых руках в течении 1-2 месяцев вывести в топ при минимальных вложениях!
Пишите, звоните отвечу на все Ваши вопросы!
Информационно строительный порталЗаказать товарный бетон - Ростов на Дону | Контактная информация - купить бетон в Ростове| Предложения и вопросы по строительству| | бетон стоимость
Яндекс.Метрика