НЕКОТОРЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ТЕХНОЛОЕИИ НЕАВТОКЛАВНОЕО ЯЧЕИСТОЕО БЕТОНА НА ЕРУБОДИСПЕРСНОМ ПЕСКЕ —
Производство неавтоклавного газобетона с которого в 30-х годах началось развитие индустрии ячеистого бетона в СССР, было почтя полностью прекращено в 60-х годах в связи с интенсивным развитием производства автоклавного ячеистого бетона на цементном и известковом вяжущих. Последний в сравнении с неавтоклавным материалом позволяет значительно расширить сырьевую базу и повысить физико-технические свойства изделий из ячеистого бетона. Однако автоклавная технология характеризуется высокой металлоемкостью и большими капиталовложениями, требует производства пара повышенного давления. Автоклавным ячеистым бетонам свойственно большое число дефектов микроструктуры и повышенные напряжения в межпоровых перегородках, образующихся при тепловлажностной обработке, что отрицательно сказывается на долговечности изделий.
Интенсивность микротрещинообразования (рис. 1) при автоклавной обработке на всех трех стадиях тепловлажностного твердения в 4,5—5 раз выше, чем при пропаривании. Снижение уровня деструкции при автоклавной обработке представляет трудноразрешимую научно-техническую проблему. Поэтому в последнее время усилились исследования и организовывается производство неавтоклавного газобетона.
Пропаренные ячеистые бетоны имеют два существенных недостатка: низкую прочность и большие усадочные деформации. Для повышения прочности приходится увеличивать объемную массу материала до 1100—1200 кг/м3 (работы МИСИ имени В. В. Куйбышева, ВЗИСИ), а для уменьшения усадки — вводить крупный пористый заполнитель (работы НИИЖБа и ВНИИСТа) ли использовать термообработку изделий горячими газами (работы ВЗИСИ).
Наши исследования показывают, что базируясь на основных положениях общего бетоноведения возможно преодоление недостатков, свойственных неавтоклавным ячеистым бетонам, и получение из них высококачественных изделий с объемной массой 650—850 кг/м3.
В основе этих разработок лежат следующие принципы: уменьшение пористости межпоровых перегородок, каркасообразование в материале без введения пористых заполнителей, увеличение объема новообразований и повышение однородности их распределения.
Технологическая реализация приведенных принципов достигается отптимизацией гранулометрического состава смесей и уменьшением водотвердого отношения при сохранении необходимых реологических свойств.
При изготовлении неавтоклавного бетона кварцевый песок не вступает в реакцию с продуктами гидратации вяжущего, поэтому использование тонкодисперсного песка, характерного для технологии ячеистых бетонов, в этом случае отрицательно сказывается на технических и экономических показателях, так как пески с большой удельной поверхностью плохо уплотняются и требуют повышенных значений В/Т, что в свою очередь увеличивает объем капиллярной пористости.
Существующие представления о невозможности использования грубодисперсных компонентов в технологии ячеистых бетонов низкой объемной массы из-за седиментации и расслоения смеси, а также прорезания межпоровых перегородок и разрушения пористой структуры не верны. Теоретический анализ и экспериментальные исследования показывают, что при поддержании пластической вязкости смесей для теплоизоляционно-конструктивного ячеистого бетона на уровне 7— 9 пуаз, седиментации составляющих пни вспучивании массы че происходит, а ПРИ поризашш смесей с поверхностно-активными веществами (ПАВ) вибрационныными методами происходит отторжение крупных зерен песка. В результате вероятность прорезания перегородки грубоднсперсными частицами резко снижается.
Оптимизация гранулометрического состава ячеистобетонной смеси должна быть направлена на максимальное снижение дисперсности кремнеземистого компонента с сохранением высокой уплотняемости при незначительной седиментации ЭТОМУ УСЛОВИЮ отвечают смеси. состоящие из тонкодисперного вяжущего (5 = 3300—4200 см2/г) и трехфпакциоиного кремнеземного компонента. Последний должен следующие фракции: тонкодисперсную с удельной поверхностью 1800—2300 см2/г (средний размер частиц 10—30 мкм) около 25% по массе, грубодиснерсиую с удельной поверхностью 1000—1200 см2/г (средний размер частиц 80—120 м.км) около 50%, немолотый мелкозернистый песок с удельной поверхностью 300—400 с.м2/г (средний размер зерен 500—700 мкм) около 25%.
Применение трехфракционного кремнеземистого компонента незначительно усложняет технологию, так как немолотый песок не требует подготовки, грубомолотый либо готовится на мельнице подготовки вяжущего, либо размалывается в высокопроизводительных дезинтеграторах, тонкодисперсный песок (а его доля мала) подвергается мокрому или сухому помолу по обычной схеме.
Такие смеси с непрерывной дисперсией характеризуются в сухом состоянии высокой плотностью (зона рациональных значений на кривых пустотности) и содержат такое количество крупнозернистых частиц, которое может разместиться и ячеистого бетона объемной массой 600 кг/м3 и выше. Малая удельная поверхность компонентов смеси позволяет формовать изделия с В/Т — 0,3. При таком водотвердом отношении вода в основном расположена в призерновом слое и не заполняет полностью межзерновое воздушное пространство, т. е. не происходит вредной раздвижки зерен водной прослойкой. Таким образом, и во влажном состоянии смесь характеризуется высокой плотностью твердой фазы.
Оптимальный гранулометрический состав кремнеземистого компонента зависит от объемной массы ячеистого- бетона, размера и характера распределения макропор, интенсивности вибрации.
ционных воздействий и эффективности ПАВ. Для наиболее рациональной объемной массы неавтоклавного ячеистого бетона 650—750 кг/м3 гранулометрический состав песка приведен на рис. 2. Изготовление теплоизоляционных изделий из неавтоклавного газобетона, на наш взгляд, нецелесообразно из-за трудности достижения удовлетворительной прочности для материала с объемной массой 250—300 кг/м3. Для производства конструктивных изделий должна применяться другая разновидность ячеистого бетона — поризованный мелкозернистый.
Увеличению объема новообразований и повышению однородности распределения связующего в системе способствуют совместный помол цемента с песком. С точки зрения прочности оптимальным является введение цемента в мельницы для тонкого измельчения песка (дисперсность вяжущего при этом достигает 3800— 4000 см2/г), с точки зрения долговечности и создания клинкерного фонда—помол в мельнице или дезинтеграторе для грубодисперсного измельчения песка (дисперсность вяжущего около 3300 см2/г). Совместный помол улучшает реологические свойства ячеистобетонной смеси, интенсифицирует набор структурной прочности и обеспечивает увеличение прочности ячеистого бетона на 22—27%.
Обязательным элементом технологии неавтоклавного ячеистого бетона на грубодисперсном сырье должно быть введение в состав массы поверхностно-активных веществ. Добавление в процессе помола или смешивания 0,10—0,15% ПАВ (от массы сухих веществ), например сульфанола, азолята Б или других натриевых солей алкиларилсульфанатов и алкилбензолсульфокислот, интенсифицирует помол, пластифицирует и поризует на стадии помола и перемешивания ячеистобетонную смесь. Пластифицирование позволяет снизить В/Т на 12—13%. Воздухововлечение в присутствии ПАВ может достигать для грубодисперсных систем 35—40% (возможно уменьшение расхода алюминиевой пудры примерно а 20%), в результате чего предотвращается расслоение ячеистобетонной смеси и формируется двумодальная макропористая структура.
В результате объем капиллярной пористости снижается более чем в три раза (8,5—9%), вдвое уменьшается средний радиус микронов (0,8-10~5 см), увеличивается эффективность использования новообразований в затвердевшем бетоне.
Применение предлагаемого технологического комплекса позволяет изготавливать неавтоклавный ячеистый бетон с механическими и деформативными свойствами, близкими к автоклавному материалу, и более высокими показателями долговечности. При объемной массе 700 кг/м3 пропаренный газобетон на грубодиеперсном песке характеризуется кубиковой прочностью 60 кгс/см2, влажностью после пропаривания около 11%, усадкой 0,78—0,86 мм/м. После 100 циклов заморажнвания-оттаивании коэффициент морозостойкости составляет 0,89— 0,94 при степени разрыхления структуры всего лишь 0,38 (методом сорбции красителей).
Опробование данных технологических решений при изготовлении декоративно-аккустических плит в Ашхабаде, стеновых блоков и панелей в Астрахани подтвердило справедливость теоретических разработок.