К вопросу о дисперсном армировании пенобетона

УДК 691.328.628

К ВОПРОСУ О ДИСПЕРСНОМ АРМИРОВАНИИ ПЕНОБЕТОНА

В. Н. Деревянко, д. т. н., проф., В. И. Мосьпан, ст. преп., А. С. Вечер, инженер

Проблема. Резкое возрастание стоимости теплоносителей, ужесточение нормативных требований по теплозащите и высокие потери тепла в промышленных, жилых и гражданских зданиях, выполненных из тяжёлых бетонов и кирпича, поднимает вопрос о возможности дальнейшего применения этих изделий в качестве ограждающих конструкций.

Изложение основного материала. Среди наиболее эффективных и перспективных изделий для возведения стен, перекрытий и покрытий на одно из первых мест выходят изделия из ячеистого бетона. Изделия из ячеистого бетона изготовляют из широко распространённых материалов - песка, золы, шлаков, цемента, извести. Одной из особенностей ячеистых бетонов, отличающих их от других видов бетона, является его макроструктура, содержащая до 85% (по объёму) замкнутых сферических ячеек. Наиболее ценными свойствами этих материалов являются низкая средняя плотность (500-700 кг/м3, что почти вдвое меньше массы керамзитобетонных изделий и в 3-4 раза меньше массы кирпичных стен); низкая теплопроводность (0,15-0,25 Вт/(мЧК), по сравнению с 0,4-0,5 Вт/(мЧК) для керамзитобетонных изделий и 0,7-1 Вт/(мЧК) для кирпича); относительно высокая прочность - 3-4 МПа (30-40 кг/см3); высокая морозостойкость (при нормативных 25-35 циклах изделия из ячеистого бетона выдерживают 50-100 циклов попеременного замораживания и оттаивания). Кроме того, изделия из ячеистого бетона легко поддаются механической обработке.

Различают три способа создания пористой структуры бетона: газообразование, пенообразование и аэрирование. Существуют и применяются разновидности этих способов и их совокупность в различных комбинациях: газопенный способ поризации - сочетание метода аэрирования и газообразования, способ изготовления бетона в вакууме, под давлением, аэрирование бетонной смеси под давлением.

Способ создания ячеистой структуры газовыделением широко освещен в литературе и принцип его заключается в одновременном протекании химической реакции между алюминиевой пудрой и щелочами бетонной смеси с последующим выделением поризующего газа - водорода. Преимущество газовой технологии состоит в простоте приготовления ячеистой смеси. К недостаткам технологии относятся трудности управления процессом вспучивания, невозможность транспортирования бетонной смеси, появление дополнительных технологических операций по срезанию горбушки и резанию блоков на изделия, что требует дополнительных трудозатрат.

Технология изготовления пенобетона предусматривает трёхстадийный способ приготовления поризованной бетонной смеси. На качество пенобетонной смеси в первую очередь влияют свойства технической пены, которые в большей степени предопределяют как технологические, так и физико-механические свойства пенобетона. Недостатки пенобетона в основном обусловлены свойствами технической пены и пенообразователей, а также несовершенством существовавших технологических приёмов, которые использовались при изготовлении пенобетона.

Преимуществом пенобетонной технологии является то, что свойствами технической пены как одного из поризаторов можно управлять за счёт комплексного выбора пенообразователя, способа и устройства для приготовления пены. В качестве пенообразователя можно использовать отходы химической промышленности, что является актуальным и важным вопросом в настоящее время. Приготовление пенобетонной смеси можно организовать в бетоносмесительном цехе и транспортировать её на значительные расстояния до 200 м к постам формования технологических линий.

Способ получения ячеистой структуры методом аэрирования разработан в семидесятые годы XX столетия. По этому способу приготовление поризованных смесей осуществляется путём совместного интенсивного перемешивания вяжущего, кремнезёмистого компонента и воды с воздухововлекающими добавками. Недостатком данного способа является низкая возможность вовлечения воздуха, особенно в смесях с малым водосодержанием, а отклонение последнего от оптимального значения приводит к резкому уменьшению коэффициента поризации. Также к недостаткам можно отнести то, что поризованную смесь невозможно транспортировать. Она поступает непосредственно из смесителя в форму.

Таким образом, проведенный анализ способов создания ячеистой структуры бетона показывает, что при производстве мелкоштучных стеновых блоков, при транспортировке бетонной смеси на значительное расстояние предпочтительно использовать пенобетонную технологию производства ячеистого бетона. При этом большое значение имеют технологические приемы, используемые для приготовления технической пены, ее свойства и влияние на поризованную бетонную смесь.

К сожалению, данный вид бетона также имеет существенные недостатки относительно небольшую прочность в ранние сроки твердения; резкое снижение прочностных характеристик при плотности бетона ниже 400 кг/м3; значительные усадочные деформации в поздние сроки твердения, вызванные контракционными процессами в цементном камне.

Все перечисленные проблемы можно если не решить, то значительно уменьшить с помощью применения дисперсного армирования [1]. Дисперсное армирование заключается во введении мелкодисперсного волокна в матрицу. Волокна в данном случае играют роль армирующего элемента. В данном случае волокно можно рассматривать как эффективную добавку, воздействующую на физико-механические свойства бетона.

На данный момент во всём мире происходит значительное обострение интереса к данной теме, связанное в первую очередь с относительной простотой применения, дешевизной используемых компонентов, значительным получаемым эффектом [2]. Основным механизмом при использовании волокон является перераспределение нагрузок, которые возникают в случае механических, термических либо динамических воздействий, а также усиление отдельных элементов структуры матрицы. В матрице происходит распределение нагрузки по всему объёму материала, трещинообразование за счёт этого значительно уменьшается [2].

В целом дисперсное волокно применяется не только для вторичного армирования бетонов, т. е. для дополнительного улучшения свойств бетона (прочность на сжатие, прочность на разрыв), но и для модификации сухих смесей, красок, утепляющих материалов, кладочных растворов [3; 4]. Отдельное место занимает дисперсное армирование гипсокартонных систем [4], благодаря которому данный вид строительного материала получил кардинально новые свойства: значительную несущую способность, огнестойкость, возможность получения сложных пространственных конфигураций.

На данный момент в Украине существует несколько крупных предприятий, занимающихся производством волокон, пригодных для применения в качестве армирующих элементов. К таким можно отнести: Бердянский

государственный завод стекловолокна (стекловолокно, армирующие пропитанные стеклянные сетки); ОП "Харьковполимернитка", г. Харьков; ОАО "Химволокно" (волокно полиамидное, нити полиамидные технического назначения) г. Чернигов; ОАО "Житомирский завод химического волокна" (волокно полиамидное, штапельное, гранулят полиамидной нити и мононити полиамидные, текстильные нити), г. Житомир; Сокальский завод химического волокна (волокно химическое) г. Сокаль; ОАО "Павлоградстенматериалы" (волокно стеклянное штапельное из горных пород), г. Павлоград; ОАО "Прогресс", Ирпенский комбинат (волокно базальтовое), г. Ирпень. В целом украинский рынок

имеет достаточно высокий потенциал среди предприятий, специализирующихся на выпуске волокон для производства строительных материалов, изделий, специальных бетонов.

К наиболее известным иностранным предприятиям по производству волокон относятся: Тексако Эксперимент Компании (окись бора); Дюпон (двуокись титана, титан калия); Харайзон Инкорпорейтед (волокна из окиси алюминия); Томпсон Файбр Глас Компании (волокно Ш Рефразил Ш).

Во всём мире (Япония, Англия, США, Голландия) уделяется большое внимание развитию производства композиционных материалов на основе волокон. Существует ряд предприятий, специализирующихся на производстве дискретных волокон. Так, например, во Франции выпускается более 30 видов волокон диаметром от 5 до 500 мкм. В Украине в данном направлении усиленно работают КТУСА и КПУ, занимающиеся разработкой щелочестойких волокон, созданием композитов на их основе. ОП "Харьковполимернитка" и ПГАСА начали работы по проведению комплексных исследований применения полимерных волокон для армирования растворов, бетонных и сухих смесей и т. д. В 2004-2005 годах был проведен ряд предварительных исследований по влиянию дисперсных волокон на свойства пенобетона.

При производстве любого материала возникает множество факторов, которые влияют на конечные свойства. При производстве пенобетонов, армированных волокном, к наиболее значимым можно отнести:

- количество волокон;

- длину;

- прочность;

- модуль упругости волокон;

- вид;

- форму волокон;

- стойкость волокон в агрессивной среде.

А &сж

Кол

Рис. 1. Влияние количества волокна на прочность пенобетона

При более детальном рассмотрении возможно предположить некоторые зависимости. Так, на рисунке 1 представлена зависимость прочности от количества введенного волокна. Как видно из рисунка, вначале при введении волокна прочность начинает резко возрастать, до некоего момента, когда прирост прочности уменьшается. Возможно, что дальнейшее введение волокна приведет к снижению прочности (показано на рисунке).

Мв-оптим

Рис. 2. Влияние длины волокна на прочность пенобетона

Возникает необходимость более подробного изучения зависимости "количество волокна - прочность" и проведения полномасштабных экспериментов по данной теме. Однако это далеко не единственный фактор, требующий изучения. На рисунке 2 приведена предположительная зависимость "прочность - длина волокна": очевидно, что наибольшая прочность будет достигнута при использовании для армирования непрерывного волокна (к сожалению, это технологически затруднительно). Возможно также, что данная зависимость не линейна, и существует ряд скачков прочности при той либо иной длине волокна.

Вывод. При рассмотрении проблемы дисперсного армирования ячеистых бетонов на основе анализа различных литературных источников можно сделать вывод, что данная тема является актуальной и востребованной. Соответственно возникает необходимость построения адекватных моделей дисперсно-армированного ячеистого бетона.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Моргун Л. В. К вопросу о технико-экономической эффективности освоения технологии и применения фибробетонов в строительстве// Труды Междунар. конф. "Безопасность жизнедеятельности в XXI веке". - Днепропетровск: МАНЭБ Украина. - 2002. - С. 58-60.

2. Арончик В. Б., Калнайс А. А. Определение минимальной длины армирующего волокна для дисперсно-армированного бетона// Вопросы строительства. - 1974. - № 3. - С. 20-24.

3. Богатырев Г. М. Сбережение энергоресурсов - главная проблема нашего времени// Строительные материалы. - 2001. -№ 1. - С. 10-12.

4. Основи виробництва стшових та оздоблювальних матерiалiв// Р. Ф. Рунова, Л. О. Шейтч, О. Г. Гелевера, В. I. Гоц . -К.: КНУБА, 2001. - 354 с.

УДК 691.328.628

К вопросу о дисперсном армировании пенобетона /В. М. Деревянко, В. И. Мосьпан, А. С. Вечер //Шсник ПридншровськоУ державно'1 академ1*1 буд1вництва та арх1тектури. -Дншропетровськ: ПДАБА, 2008. - № 4—5. - С. 26-30. - рис. 2. - Б1блюгр.: (4 назв.).

Рассматривается вопрос о возможности повышения физико-механических свойств теплоизоляционного материала -пенобетона с помощью применения дисперсного армирования, при его использовании в ограждающих конструкциях.