СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА

Майгельдиева Раушан Муратбековна

Кызылординский государственный университет имени Коркыт Ата, магистрант 2 курса по специальности 6М072900-Строительство

Бисенов Кылышбай Алдабергенович

Кызылординский государственный университет имени Коркыт Ата,

д.т.н., профессор кафедры «Архитектура и строительное производство»

Об особенностях твердения пенобетонов в условиях тепловлажностной обработки

Одним из основных факторов, от которых зависит качество пенобетонных изделий, является правильно подобранный режим твердения изделий. Как правило, на производстве для увеличения использования форм используют ускоренный режим твердения пенобетонных изделий, в т.ч. за счет пропаривания пенобетона, основываясь на опыте тепловлажностной обработки тяжелых бетонов. В тоже время, исследования, проведенные в 50-х годах и подробно описанные в технической литературе, свидетельствуют, что не все закономерности, установленные для пропаривания тяжелых бетонов, применимы для легких бетонов со средней плотностью ниже 1000 кг/м3.

Особенно важное значение имеет использование мелких, пылевидных барханных песков для производства бетона и сборного железобетона в Среднеазиатских республиках и южных областях Казахстана. Использование пылевидных барханных песков для растворов и бетонов предложено в 30-х годах Среднеазиатским научно-исследовательским институтом ирригации, а также рядом других организаций.

Исследованиями многих авторов установлено, что применение в бетонах мелких песков вызывает не только перерасход цемента, но и ухудшает структуру и свойства бетонной смеси и бетона. В настоящее время имеется значительное количество предложений по улучшению свойств бетонных смесей и уменьшению расхода цемента. Значительное влияние на прочность песчаного бетона оказывает качество песка, а также его зерновой состав. Пониженная прочность бетонов при использовании мелких песков наблюдается при тощих составов (1:4...1:6). По данным при использовании смеси из 50% барханного и 50% речного песков при расходе цемента 600 кг/м³ и при В/Ц=0,4...0,5 можно получить бетоны М400 для армоцементных конструкции.

Многими авторами исследовано влияние на свойства легкого бетона микронаполнителей. В качестве микронаполнителей могут служить молотый песок, активные минеральные добавки, золы ТЭЦ. Исследователи отмечают, что применение микронаполнителей (зол, молотых минеральных материалов, диатомика и др.) позволяет значительно повысить прочность бетона.

Авторы указывают, что нормальный ход процесса формирования физической структуры твердения пенобетона, содержащего от 50 до 80% пор по объему, могут нарушить следующие факторы: давление воздуха в порах; миграция воды под влиянием температурного градиента, приводящая к деструкционным явлениям и влажностной усадке массива; различие коэффициентов термического расширения компонентов пенобетонной смеси; набухание материала при конденсации пара на его поверхности.

Рассмотрим подробно процесс тепловой обработки пенобетона и процесс гидратации цемента.

Структурообразование в твердеющем пенобетона при нагреве является комплексным процессом, состоящим из конструктивных и деструктивных элементов. Основными деструктивными элементами являются: тепло- и массообмен во влажных пористо-капиллярных телах и напряжения, вызываемые температурным расширением материала.

В раннем возрасте при нагреве твердеющего пенобетона возникают миграционные потоки воды по направлению теплового потока. Эти потоки под избыточным давлением, возникающем в порах материала, вызывают нарушение структуры твердеющего пенобетона.

Для пенобетонов, аналогично тепловой обработке тяжелых бетонов, можно выделить четыре основных периода.

Первый период – пенобетонная смесь до прогрева. Темпера воздуха в пузырьках одинаковая, равная температуре смеси. Избыточное давление воздуха в пузырьках зависит от размера пузырьков, их количества и поверхностного натяжения пенообразователя.

Второй период – нагрев изделий до температуры изотермического нагрева. В прогреваемой конструкции возникает температурный градиент. Температура воздуха в пузырьках в поверхностном слое выше, чем в пузырьках, находящейся в центральной части массива. При прочих равных условиях избыточное давление на стенки межпоровых перегородок направлено от поверхности к центру. Величина давления определяется величиной температурного градиента, размером конструкции по направлению прогрева, размером воздушных пузырьков и их количеством. Чем ниже проектная плотность пенобетона, тем ниже его теплопроводность, тем выше температурный градиент.

Третий период – выравнивание температуры по сечению конструкции и изотермический прогрев. Температура и давление воздуха в пузырьках по сечению массива медленно выравниваются, но давление в порах больше первоначальных. В этот момент в верхних слоях может происходить прорыв воздуха из пор и образование открытых пор. Стойкость каркаса смеси, противостоящая прорыву воздушных пузырьков, зависит от прочности структуры цементного камня в межпоровых перегородках, достигнутой до нагрева.

Четвертый период – охлаждение изделий до температуры окружающей среды. В этот период температурный градиент меняет свое направление – от центра к поверхности. Идет быстрое снижение давления в верхних слоях изделий. Изменение температурного градиента сопровождается массопереносом.

В первый период прогрева при наличии температурного градиента по сечению образца влага мигрирует по направлению температурного потока: от поверхности к центру. При этом пар конденсируется на поверхности изделий и переувлажняет ее. Конденсация пара происходит и внутри пор материала. Обводнение пенобетона сопровождается увеличением его массы на 2-4% и объема. Набухание может быть тем меньше, чем больше предварительная выдержка пенобетона перед тепловлажностной обработкой. Конденсация пара на поверхности будет происходить до тех пор, пока температура поверхности изделий не станет больше температуры точки росы для окружающей паровоздушной смеси. При тепловой обработке в результате температурного расширения бетон увеличивается в объеме. При этом материалы, входящие в состав бетона, имеют разные коэффициенты температурного расширения.

По данным З. Рейнсдорфа, коэффициенты объемного расширения при температуре 60 – 80 С (в 10-6м3 /м3 С) равны:

-влажныйвоздух4000–9000;
-вода520–640;
- затвердевший цементный камень 40 – 60.

Температурное расширение воды не должно вызывать значительных деструкций цементных перегородок, поскольку абсолютный прирост объема жидкости при 40-70⁰С составляет 0,66 – 0,75% и эта избыточная вода свободно может размещаться в воздушных порах материала.

Для пенобетона со средней плотностью ниже 900 кг/м3 быстрый процесс нагрева опасен, поскольку цемент еще не успел сформировать достаточно прочный камень. Наибольшие изменения в структуре возникают, если нагрев начинается сразу после окончания формирования изделия, когда температурные деформации ничем не ограничены. В этом случае, чем быстрее растет температура в массиве бетона, тем больше разрыхляется его структура и увеличивается остаточная деформация. Таким образом, в течении первого часа необходимо, чтобы скорость нагрева массива не превышала 5-6ч.

Как указывают Миронов А.С и Малинина Л.А., пористые бетоны очень медленно нагреваются за счет своей низкой теплопроводности, но также медленно отдают тепло. Поэтому для тепловлажностной обработки пористых бетонов при достижении температуры изотермической выдержки просто отключать подачу тепла, а твердение производить за счет аккумулированного тепла в массе бетона и изотермического тепла в процессе гидратации.

Результаты исследования показывают, что наилучшим режимом тепловлажностной обработки для пенобетонов является доведение до температуры в камере до 80-90⁰С без экзотермической выдержки с предварительной выдержкой после заливки в естественных условиях в течение 24 ч. Вероятно, что длительная выдержка при высокой температуре может ослабить прочность межпоровых перегородок из-за интенсивного тепломассообмена.

Отметим, что прочность образцов, твердеющих в нормальных условиях без тепловой обработки значительно может превосходить прочность образцов, подвергнутых обработке.

В заключении хотелось бы отметить, что все особенности ускорения твердения пенобетонов обязательно необходимо учитывать при выпуске конструкционных пенобетонов со средней плотностью выше 800 – 900 кг/ м3 . При выпуске пенобетонов со средней плотностью ниже 600 кг/ не рекомендуется прибегать к тепловой обработке изделий. Как правило, пенобетоны такой низкой плотности производят без применения заполнителя на высокоактивных быстротвердеющих цементах. Расход цемента на 1 м3 пенобетона составляет в зависимости от плотности до 520 кг/ м3 при В/Ц = 0,4. при таком высоком содержании цемента тепловыделение может достигать 167 – 210 кДж на 1 м3 пенобетона, что равноценно повышению температуры пенобетона на 70 – 90⁰С. Просим обратить внимание, что при изготовлении пенобетонов это тепловыделение при гидратации цемента часто не используется рационально. Обычно изделия из пенобетона твердеют в металлических формах в условиях неотапливаемого помещения с открытой поверхностью. Стенки формы за счет высокой теплопроводности (коэффициент теплопроводности металла при температуре 80 С – 57 Вт/(м ⁰С); пенобетона средней плотности 400 кг/ м3 – 0,1 Вт/(м ⁰С)) быстро отводят тепло от поверхности пенобетона. К быстрому высыханию изделий также приводит большая разница температур в цехе и в массиве. Изделия могут потерять в зависимости от плотности от 30 до 40% всей воды. Особенно это заметно, когда пенобетонные блоки после распалубки находятся в данном помещении в виде цеха. Тепловыделение цемента начинается через 6 – 8 часов твердения. За счет низкой теплопроводности материал может долго сохранять тепло внутри массива. Время выдержки в тепловой камере должно подбираться в зависимости от проектной средней плотности и вида используемого цемента.

После выдержки в тепловой камере пенобетон также нуждается в правильном уходе. Быстрое высыхание открытых поверхностей, ребер и углов блоков ведет к образованию микротрещин, и в дальнейшем к их откалыванию. Нельзя хранить блоки в проветриваемых помещениях, на открытом складе, при попадании прямых солнечных лучей. В тоже время, негативное влияние этих факторов можно снизить, если сразу после укладки пенобетонной смеси в форму ее укрыть полиэтиленовой пленкой, которая предотвратит высыхание изделий с поверхности, конденсацию влаги из паровоздушной смеси, потери тепла из пенобетонной смеси.

Список литературы:

1. Миронов С.А., Малинина Л.А. Ускорение твердения бетона. М., 1964, 340с.

2. Ахметов А.Р., Бисенов К.А. Основы производства ячеистого бетона и силикатного кирпича. – Алматы: Ғылым, 1999. -284с.