Зависимость теплофизических свойств ячеистых бетонов от способов образования их структуры —

Изделия из ячеистых бетонов получают все более широкое применение в строительстве. По мере роста их производства возникает необходимость дальнейшего совершенствования технологии и более глубокого исследования физико-технических свойств этих материалов. Последнее особенно важно для решения вопроса о том, выпуск каких изделий заслуживает предпочтения — пено-или газобетонных.

Для сравнения этих двух разновидностей ячеистых бетонов целесообразно проанализировать влияние технологических факторов на их теплофизические свойства.

До последнего времени у нас было развито преимущественно производство пенобетоиов. Основой для получения их служат устойчивые пены, которые образуются при механическом смешивании воздуха с водными растворами таких поверхностно-активных веществ как сапонин, белковые вещества, мыла и др. При перемешивании пены с растворной суспензией, состоящей из цемента н кварцевого песка, минерализация пены происходит за счет прилипания тонкодисперсных цементных и кварцевых частиц к стенкам воздушных пузырьков. Участвуя в минерализации пены, частицы цемента приобретают гидрофобные свойства, создаются плохо смачиваемые оболочки, которые замедляют нарастание прочности раствора за счет гидратации цементных зерен.

В газобетонах ячеистая структура создается за счет введения в растворы специальных добавок (алюминиевой пудры, перекиси водорода и др.).

Хлористый кальций, образующийся в газобетоне при применении перекиси водорода совместно с хлорной известью, как установлено исследованиями проф. В. М. Москвина, сильно увеличивает растворимость Са(ОН)?. Это способствует более энергичному, чем в обычных условиях, протеканию реакций гидролиза и гидратации цементных зерен и большему накоплению гелевых и, особенно, кристаллогидратных новообразований в цементном растворе.

Одновременно с ростом изоморфных кристаллогидратных сростков идет быстрое нарастание начальной прочности в газобетонах. При изготовлении их ие возникает факторов, задерживающих протекание реакций в системах Н20— цемент. Наоборот, добавка в раствор активного алюминия или перекиси водорода с хлорной известью повышает температуру реакций, способствуя появлению в процессе твердения газобетона новых кристаллогидратных связей, благодаря чему прочность его быстро нарастает.

Кинетика нарастания прочности пено- и газобетонных изделий перед запариванием изучалась нами в лаборатории ячеистых бетонов НИИЖБАСиА СССР. Определялся предел прочности при сжатии кубов размером 10Х10Х10 и объемным весом 600 кг/м3 через 5, 8, 10 и 12 час. после того, как они были сформованы.

Образцы ячеистых бетонов готовились по оптимальным технологическим параметрам и характеризовались следующими составами: отношение цемент:

Водовяжущее отношение в пеноячеистых бетонах составляло 0,40, а в газоячеистых — 0,42. Все образцы испытывались при средней температуре в помещении 23°. Для образования пеноячеистой структуры применялась гидролизованная кровь (ГК), а газоячеистой — алюминиевая пудра.

Одновременно с исследованием кинетики роста прочности изучалась кинетика изменения температур в крупноразмерных изделиях перед запариванием.

Анализируя результаты проведенных исследований, необходимо отметить, что нарастание прочности в газобетонах происходит более интенсивно, чем в пенобетонах. Как видим на рис. 1, прочность первых через 10 час. после того, как они были сформованы, оказалась в 15—20 раз больше.

Быстрое нарастание прочности газобетонных изделий позволяет начинать их запаривание через 4—5 час. после формования. Следовательно, время предварительной выдержки до автоклавной обработки сокращается в 2—3 раза. Это важный фактор увеличения выпуска ячеистых бетонов.

Влияние газообразующих добавок и поверхностно-активных веществ на процессы гидратации цемента наглядно проявляется в кинетике изменения температур изделий перед запариванием (рис. 2). Измерение температур производилось при помощи специальных термометров сопротивления и ртутных термометров с ценой деления 0,2°.

Изучая данные о кинетике изменения температур, можно сделать следующие выводы:

в газоячеистых изделиях реакции гидратации цементных и известковых частиц проходят энергично, со значительным выделением тепла;

высокая температура этих изделий перед началом запаривания (около 50°1 благоприятно сказывается на уменьшении тепловых напряжений в изделиях при теплоьлажностной обработке;

гидратация цементных зерен в пенобетонных изделиях из-за наличия на их поверхности пленок сильно задерживается, вследствие этого прирост температур протекает медленно. Возможность отрицательного воздействия поверхностно-активных веществ на твердение цементного камня уже отмечалась академиком П. А. Ребиндером, профессорами А. В. Саталкиным и В. В. Стольниковым.

Кривые изменения температур пенобетонных и пеносиликатных изделий показывают, что избирательная способность поверхностно-активных веществ пены к цементным и известковым частицам проявляется не одинаково: в большей степени к частицам цемента и в значительно меньшей — к извести.

Характеризуя состояние пено- и газоячеистых изделий перед началом тепловлажностнон обработки, необходимо отметить, что газоячеистые изделия имеют относительно высокую температуру. Их прочность через 5 час. после формования в 3—3,5 раза выше прочности пеноячеистых изделий, выдео-жанных в течение 12 час.

Обладая большей прочностью и более высокой температурой, газоячеистые изделия лучше сопротивляются тепловым напряжениям при запаривании и поэтому в их структуре будет меньше дефектов.

Очевидно, что существенно отличающееся тепловое и прочностное состояние газо- н пеноячеистых бетонов перед автоклавной обработкой сказывается на их свойствах и после запаривания. В этой связи уместно рассмотреть некоторые особенности, присущие разным видам ячеистых бетонов.

Известно, что сила связи влаги с разными материалами проявляется в неодинаковой степени н зависит от их количества пор, капилляров, микро- и макротрещии. Следовательно, при совершенно одинаковых потенциальных возможностях к увлажнению, степень насыщения влагой разных видов ячеистых бетонов будет характеризовать не только их теплофизические свойства, но, косвенно, структурные особенности.

В строительной практике влажностные свойства материалов выявляются по изотермам сорбции влаги из окружающего воздуха с определенной относительной влажностью. В этом случае упругость водяного пара является как бы шкалой, показывающей влажностные потенциалы исследуемых материалов.

Довольно часто ячеистые бетоны в ограждающих конструкциях находятся в сверхсорбционном состоянии, при котором давление водяного пара в пор ix материала становится равным давлению насыщенного пара и не может служить показателем степени увлажнения. Сравнение влажностных характеристик бетонов по изотермам сорбции влаги из воздуха в этом случае становится невозможным. Из сказанного следует, что изучение влажностных свойств материалов следует вести ие только по изотермам сорбции, ио и другими способами.

Для определения влажностнчх свойств ячеистых бетонов в наших опытах за основу был принят термодинамический метод исследования переноса энергии, разработанный проф. А. В. Лыковым. В качестве эталонной среды, как и в опытах проф. Лыкова, принималась целлюлоза.

Определение влажностных характеристик проводилось на образцах 35X35X12 мм (по трем близнецам на каждую степень влажности). Образцы для всех теплофизических исследований выпиливались из крупных блоков и панелей, запаренных по одинаковому режиму: подъем давления до 8 атм/8 час., запаривание — 4 час., снижение

Исследуемые образцы имели односторонний контакт с эталонной средой и доступную для воздействия окружающего воздуха противоположную поверхность

Равновесная влажность эталонного материала и исследуемых ячеистых бетонов определялась в воздушно-сухом состоянии при относительной влажности воздуха 60, 80, 90 и 100% и в сверхсорбционном состоянии при влажности, равной 1,5 и 2-кратной максимальной гигроскопической для эталонного материала. За единицу влажностного потенциала был принят 1% весовой влажности эталонной среды.

Результаты исследований представлены на рис. 3 и 4 изотермами поглощения влаги из эталонной среды пено- и газоячеистыми материалами.

Характерна общность изменения всех кривых, показанных на графиках: относительно небольшое поглощение влаги ячеистыми бетонами при потенциалах до 10 ед (при относительной влажности воздуха до 80°/о) н значительное увеличение интенсивности увлажнения при больших потенциалах. Следует заметить, что интенсивность увлажнения при потенциалах выше 10 ед., соответствующая периоду капиллярной конденсации влагн, проявляется у разных бетонов не одинаково. Это указывает на зависимость степени увлажнения бетона от его структуры.

Данные экспериментальных определе ний равновесных влажностей образцов пено- и газоячеистых изделий, имеющих совершенно одинаковые возможности к увлажнению, подтверждают результаты натурных исследований стеновых ограждений в жилых домах. Эти исследова ния, проводившиеся кандидатами техн. наук Б. Ф. Васильевым и Ф. В. Ушковым, свидетельствуют о худшем влажностном состоянии стен из пеиобетонов по сравнению с газобетонными.

Совершенно очевидно, что, имея большую эксплуатационную влажность, пенобетониые ограждения будут обладать более низкими тепюзащитными пенобетоны, газосилнкаты, газобетоны Данные о максимальной сорбционной влажности исследованных образцов приведены в табл. 1 (в %).

Экспериментальные определения коэффициентов теплопроводности пено и газоячеистых бетонов осуществлялись на образцах-близнецах размером 8Х8ХГ Х8 см по широко апробированному во многих научных и учебных институтах методу нестационарно действующего линейного источника тепла. Применение этого метода позволяет одинаково точно определять коэффициенты переноса тепла как сухих, так и влажных материалов. Образцы ячеистых бетонов выпиливались из панелей и блоков, изготовленных комбинатом 2 Главмоспромстройматериалов. Новосибирским заводом ячеистых бетонов и НИИЖБом

Коэффициенты телопроводности исследованных ячеистых бетонов п сухом состоянии представлены в табл. 2.

Приведенные в этой таблице коэффициенты теплопроводности не свидетельствуют о заметном преимуществе какого-либо вида ячеистого бетона над другими.

Иные показатели даст определение коэффициентов теплопроводности ячеистых бетонов во влажном состоянии На рис. 5 и 6 представлены результаты исследования образцов, имеющих одинаковые потенциальные возможности к увлажнению в атмосфере окружающего их воздуха с относительной влажностью 60, 80 и 95%. Как видим, теплозащитные свойства пено- и газоячеистых бетонов не одинаковы. Так, коэффициенты теплопроводности пенобетонов при равновесной влажности с вноздухом относительной влажностью 95% на 17—22%, а при 80% — на 15—17% выше, чем газобетонов. Коэффициенты теплопроводности пеносиликатов.