Гидротермальная обработка керамзитобетона

В ближайшие годы предстоит построить десятки новых заводов по изготовлению крупных панелей и блоков из легких бетонов. При их проектировании и строительстве предусматриваются различные способы тепловой обработки изделий — от пропаривания в обычных ямных камерах до применения автоклавов, работающих под давлением пара 8—12 атм.

В течение нескольких лет в Азербайджанском научно-исследовательском институте стройматериалов и сооружений проводились исследования твердения керамзитобетона в различных тепловлажностных условиях с использованием ускорителей твердения, а также гидравлических и пластифицирующих добавок.

В результате проведенных исследований установлена высокая эффективность тепловлажностнон обработки керамзитобетона по сравнительно коротким режимам.

При экспериментальных работах применялись следующие добавки;

а) кремнеземистый вулканический пепел Курачайского месторождения (Азербайджанская ССР). Активность его, определенная методом поглощения извести, составляет около 100 мгр на 1 г добавок.

б) хлористый кальцин и полуводный гипс (ускорители схватывания и твердения).

Керамзитобетон подбирался различных марок: легкий, термоизоляционный объемным весом 650—900 кг/м3 (марок 13 и 35) и объемным весом 900—1 200 кг/м3 (марок 50—751, конструктивный объемным весом I 500—I 600 кг/м3 (марок 150—300).

Основные исследования проводились на керамзитобетоне марок 150 и 200. Расход вяжущего составлял от 300 до 380 кг на 1 м3 бетона. Водовяжущее отношение в среднем равно 0/ Образцы испытывались в возрасте; 1, 3, 7, 28, 90 и 180 суток. Они проходили до 100 циклов испытаний на морозостойкость путем замораживания при —17° и оттаивания при нормальной температуре.

В результате проведенных работ установлено, что режимы тепловлажностной обработки оказывают большое влияние на конечные показатели прочности и морозостойкости керамзитобетона.

Большое значение имеют предварительное выдерживание его, а также интенсивность подъема и спуска температуры (давления).

Опыты подтвердили, что с увеличением времени выдерживания образцов до пропаривания прочность керамзитобетона возрастает.

Для того, чтобы сократить срок выдерживания, не теряя при этом прочности, целесообразно вводить в состав керамзитобетона ускорители схватывания и твердения. Добавка хлористого кальция в количестве 1,5% позволяет сокращать период выдерживания до 4—8 час. К тому же эта добавка повышает прочность образцов.

В зависимости от минералогического состава цемента прирост прочности пропаренного керамзитобетона с добавкой хлористого кальция составил:

в возрасте 3 суток от 45 до 96%, 7 суток— от 32 до 68%, после 28-суточного твердения — от 20 до 30% и к 180-суточному возрасту — от 12 до 19%.

Совместное введение хлористого кальция и гипса обеспечивает возможность пропаривания керамзитобетона без предварительной выдержки. Однако целесообразность применения полуводного гипса и оптимальное его количество нужд увязывать с минералогическим составов цемента я проверять опытным путем

Установлено, то разбавление цементов молотой кремнеземистой добавкой оказывается весьма благоприятным да же применения цементов

В нормальных температурно-влагостных условиях добавка вулканического пепла замедляла твердение керамзитобетона. С увеличением дозировки пепла в начальные сроки эффект торможения возрастал. Но уже к 28 суткам твердения наблюдалось г результатов, продолжающееся во времени.

Высокие показатели достигаются за счет применения добавки пепла при кратковременном пропаривании керамзитобетона. Прочность образцов в первые сутки твердения с увеличением добавки пепла до 40% возрастает. В последующие сроки образцы на смешанном вяжущем показали более высокую прочность, чем изготовленные на чистом портландцементе. Полученные результаты указывают на эффективность разбавления пеплом не только но и белитовых цементов.

С увеличением количества C3S в цементе прочность пропаренных образцов с добавкой пепла повышалась, особенно в первые сроки твердения.

Опыты по запариванию керамзитобетона под давлением в 4 и 8 атм показали, что введение в состав бетона пепла увеличивало предел прочности образцов при сжатии. Одновременно это дало возможность применять более жесткие режимы запаривания.

Характер изменений предела прочности при сжатии керамзитобетона (после твердения его в течение 1 суток) при различных режимах показан на рисунке.

<

Как видим, в сравнении с нормальным твердением прочность в суточном возрасте увеличилась после обработки образцов при 8 атм в 6,й раз, при 4 ати — в 4,2 раза и после пропаривания при 85° — в 2,7 раза.

Наилучшне показатели имели образцы, запаренные при 8 ати (по режиму 2 + 6 + 2 час.) через 24 час. после укладки смеси. Пгочность их после авто олвленнн его 4U“/o пепла равнялся 228 кг/м3 бетона.

После пропаривания керамзитобетоиа с добавками пепла и СаС12 в камерах при 85° в течение 6 час. (после 4—8 час. предварительного выдерживания) можно получить в суточном возрасте от 70 до 85% марочной прочности.

Запаривание керамзитобетоиа при 8 атм по такому же короткому режиму обеспечивает получение в суточном возрасте 130% его марочной прочности. При этом экономится цемент за счет замены части его пеплом.

Наряду с исследованием прочности были проведены опыты по определению морозостойкости керамзитобетоиа, твердевшего при нормальных условиях, пропаривании и автоклавной обработке с применением рекомендуемых добавок. Часть образцов испытывалась па морозостойкость в суточном возрасте, т. е. после тепловлажностной обработки. Полученные результаты приводятся в таблице.

Испытания показали, что выдерживание керамзитобетоиа перед тепловлажностной обработкой и умеренные режимы подъема и спуска температуры обеспечивают получение морозостойких изделий. По данным других исследователей морозостойкость бетонов в значительной степени зависит от водовяжушего отношения В наших опытах отношение было равно 0,4.

Изготовление керамзитобетоиа на смешанном вяжущем в нормальных условиях твердения приводит к понижению его морозостойкости. Однако те же образцы на смешанном вяжущем, не прошедшие тепловлажностную обработку.


Наблюдения за разрушением образцов керамзитобетоиа при испытании их на сжатие показывают, что при недостаточно мягких режимах тепловлажностной обработки разрушение происходит в контактных слоях. Такое же явление наблюдается во время испытания керамотобетона на морозостойкость.

Следовательно, основной причиной снижения прочности и морозостойкости керамзитобетона при тепловлажностной обработке является нарушение сцепления цементного камня с гранулами керамзита из-за температурно-усадочных деформации, что особенно сказывается при резких режимах тепловой обработки.

У большинства легких бетонов имеет место глубокое проникновение вяжущего вглубь пористых заполнителей, что увеличивает их сцепление.

В керамзитобетоне, в силу особенностей структуры керамзита, этого не происходит. Плотная наружная оболочка керамзитового гравия препятствует проникновению вяжущего вглубь заполнителя. Поэтому в данном случае большое значение имеет плотность бетона и хорошее обволакивание зерен керамзита раствором.

Разница между теплопроводностью и температурным расширением заполнителя и цементного камня создает при пропаривании дополнительные напряжения в контактных слоях бетона. Керамзитовый гравий по своим физическим свойствам отличается как от других пористых, так и от плотных заполнителей. По удельной поверхности и водопоглощению керамзит занимает промечем у других легких заполнителей

Эффективное действие кэристого кальция на прочность пропаренного керамзитобетона при короткой выдержке до пропаривания объясняется ускорением схватывания и твердения в самом раннем возрасте. Замена части портландцемента пеплом, обладающим меньшим объемным весом, увеличивает общее количество вяжущего в бетоне, а это способствует более полному обволакиванию зерен керамзита цементным юстом. При нормальных температурно-влажностных условиях увеличение показателя прочности керамзитобетоиа объясняется повышенной плотностью образцов и взаимодействием Са(ОН)2 с гидравлической добавкой.

При гидротермальной обработке, наряду с повышением плотности керамзитобетона, происходит интенсивное взаимодействие пепла с минералами цемента. В результате образуются гидросилкаты кальция, а при автоклавной обработке— и гидрогранаты (алюмосиликаты кальция).

Сила сцепления цементного раствора с керамзитовым гравием определяется не только физическими, но н химическими процессами, происходящими в контактных слоях. Развитие этих процессов связано с минералогическим составом цемента н наличием химических н молотых добавок.

В связи с наличием в составе керамзита значительного количества возникает необходимость исследования гидравлической активности самого керамзита.

Однако с повышением температуры и давления пара происходит явная активизация керамзита. Нами были проведены опыты с целью изучения нарастания прочности при сжатии образцов (5X5 с.м) из смеси цемента с различными тонкомолотыми добавками (керамзитом, пемзой и известняковым штыбом). Твердение происходит при раз личных температурно-влажностных условиях. Пемза и известняковый штыб брались для сопоставления с керамзитом как активная и инертная добавки.

В результате было установлено, что пропаривание при 85° вызывает активизацию керамзита, а в условиях автоклавной обработки керамзит по своей тепловлажностной обработки обеспечивает возможность получения в короткие сроки керамзитобетонных изделий нужней прочности и морозостойкости. Требуемые для производства крупных становых блоков и панелей марки бетона 75 и 150 могут быть получены сразу после обычного пропаривания, причем без излишнего расхода цемента. Автоклавная же обработка обеспечивает получение марок бетона 200 и 300 сразу после выгрузки изделий из автоклавов. Морозостойкость керамзитобетона значительно выше, чем у бетонов на Других легких заполнителях.

Из всего сказанного можно сделать ряд вывоюз.

Керамзитобетон является эффективным материалом по показателям объемного веса и прочности, он достаточно долговечен по морозостойкости.

Наиболее прогрессивным методом тепловой обработки керамзитобетона чем стопроцентную прочность бетона (от 28-дневной) и вместе с тем достигнуть экономии портландцемента за счет молотых кремнеземистых добавок.

В случае пропаривания изделий в обычных камерах в качестве тонкомолотых добавок следует применять только активные гидравлические вещества, а прогрев вести при температурах 80— 100° с введением в состав керамзитобетона ускорителей твердения.

Жесткие режимы тепловой обработки приводят к понижению прочности и морозостойкости керамзитобетона. Это вызывается нарушением сцепления керамзита с цементным камнем вследствие температурно-усадочных деформации. Плавные режимы тепловлажностной обработки, наоборот, обеспечивают требуемую прочность и морозостойкость керамзитобетоца. Благодаря этому он может применяться для изготовления крупно-размерных элементов стен, перекрытии и других конструкций и деталей.