Строительные материалы

Пенобетон

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

•   Введение в ячеистые бетоны

Ячеистый бетон - искусственный каменный материал на основе минерального вяжущего вещества и кремнеземистого компонента с равномерно распределенными по объему порами.

В зависимости от требований к изделиям и технологии производства, в качестве вяжущего наполнителя могут использоваться: цемент, известь, гипс или их композиции, а в качестве дисперсного: песок (молотый или немолотый) или зола ТЭЦ.

В зависимости от технологии изготовления, различаются пенобетон и газобетон. В пенобетоне поризация производится за счет введения пенообразователей, а в газобетоне за счет веществ, выделяющих газ при химических ре-акциях, обычно порошкообразный алюминий. Во время прохождения реакции между металлическим алюминием и щелочью выделяется водород, который и поризует смесь.

Пористость ячеистого бетона сравнительно легко регу-лировать в процессе изготовления, в результате получают бетоны разной плотности и назначения. Ячеистые бетоны делят на три группы:

1.         теплоизоляционные, плотностью в высушенном со-стоянии не более 500 кг/м3;

2.         конструкционно-теплоизоляционные   (для   ограж-дающих конструкций), плотностью 500-900 кг/м3;

3.         конструкционные (для железобетона), плотностью 900-1200 кг/м3.

•   Материалы для ячеистого бетона.

Вяжущим для цементных ячеистых бетонов обычно служит портландцемент. Бесцементные ячеистые бетоны (газо- и пеносиликат) автоклавного твердения изготовля-ют, применяя молотую негашеную известь. Вяжущее при-меняют совместно с кремнеземистым компонентом, со-держащим двуоксид кремния.

Кремнеземистый компонент (молотый кварцевый пе-сок, речной песок, зола-унос ТЭС и молотый гранулиро-ванный доменный шлак) уменьшают расход вяжущего, усадку бетона и повышают качество ячеистого бетона. Кварцевый песок обычно размалывают мокрым способом и применяют в виде песчаного шлама.

Измельчение увели-чивает удельную поверхность кремнеземистого компонен-та и повышает его химическую активность.

Обычно, очень экономически выгодно применение по-бочных продуктов промышленности (зола-уноса, домен-ных шлаков, нефелинового шлама) для изготовления ячеи-стого бетона.

Образование пор в растворе может осуществляться двумя способами: химическим, когда в тесто вяжущего вводят газообразующую добавку и в смеси происходят хи-мические реакции, сопровождающиеся выделением газа; механическим, заключающимся в том, что тесто вяжущего смешивают с отдельно приготовленной устойчивой пеной.

В зависимости от способа изготовления ячеистые бе-тоны делят на газобетон и пенобетон.

•   Газобетон и автоклавный метод

Газобетон приготавливают из смеси портландцемента (часто с добавкой воздушной извести или едкого натра), кремнеземистого компонента и газообразователя.

По типу химических реакций газообразователи делят на следующие виды: вступающие в химические взаимо-действие с вяжущим, или продуктами его гидратации (алюминиевая пудра); разлагающиеся с выделением газа (пергидроль); взаимодействующие между собой и выде-ляющие газ в результате обменных реакций (например, молотый известняк и соляная кислота).

Чаще всего, газообразователем служит алюминиевая пудра, которая, реагируя с гидратом окиси кальция, выде-ляет водород.

Литьевая технология предусматривает отливку изде-лий, как правило, в отдельных формах из текучих смесей, содержащих до 50-60% воды от массы сухих компонентов (водотвердое отношение В/Т = 0,5-0,6). При изготовлении газобетона, применяемые материалы - вяжущее, песчаный шлам и вода, дозируют и подают в самоходный газобето-носмеситель, в котором их перемешивают 4-5 мин; затем в приготовленную смесь вливают водную суспензию алю-миниевой пудры и после последующего перемешивания теста с алюминиевой пудрой, газобетонную смесь залива-ют в металлические формы на определенную высоту, с та-ким расчетом, чтобы после вспучивания формы были за-полнены доверху.

Избыток смеси ("горбушку") после схватывания среза-ют проволочными струнами. Для ускорения газообразова-ния, а также процессов схватывания и твердения приме-няют "горячие" смеси на подогретой воде с температурой в момент заливки в формы около 40°С.

Тепловую обработку бетона производят преимущест-венно в автоклавах в среде насыщенного водяного пара при температуре 175-200°С и давлении 0,8-1,3 МПа. Итак, для получения газобетона нужно следующее:

1.         замешать раствор со всеми компонентами

2.         вылить в форму, где он "вспучивается" под дейст-вием химической реакции

3.         удалить излишки смеси ("шапку")

4.         провести автоклавную обработку

•   Пенобетон и неавтоклавный метод

Существует несколько технологий производства пено-бетона. Подробное рассмотрение технологий и их сравне-ние будет рассмотрено далее. Технология приготовления пенобетона достаточно проста. В цементно-песчаную смесь добавляется пенообразователь или готовая пена. По-сле перемешивания компонентов смесь готова для форми-рования из нее различных строительных изделий: стено-вых блоков, перегородок, перемычек, плит перекрытия и т.д. Такой пенобетон с успехом можно использовать для заливки в формы, пола, кровли, а также для монолитного строительства.

В отличие от ячеистого газобетона, при получении пе-нобетона используется менее энергоемкая безавтоклавная технология. Кроме простоты производства, пенобетон об-ладает и множеством других положительных качеств. На-пример, в процессе его приготовления легко удается при-дать этому материалу требуемую плотность путем измене-ния подачи количества пенообразователя. В результате возможно получение изделий плотностью от 200 кг/м3 до самых предельных значений легкого бетона 1200-1500.

•          Сравнение пенобетона и газобетона

Газобетон имеет два преимущества - он более прочный и на него легче ложится штукатурка. По всем остальным параметрам он уступает пенобетону. Плюс надо учесть, что стоимость оборудования для производства газобетона исчисляется в сотнях тысячах долларов, а оборудования для производства пенобетона стоит около 100 000 рублей.

Пенобетону (в отличие от газобетона) присуща закры-тая структура пористости, то есть пузырьки внутри мате-риала изолированы друг от друга. В итоге, при одинаковой плотности, пенобетон плавает на поверхности воды, а га-зобетон тонет. Таким образом, за счет низкого водопогло-щения пенобетон обладает более высокими теплозащит-ными и морозостойкими характеристиками. Благодаря этим свойствам, пенобетон может использоваться в местах повышенной влажности и на стыках "холод – тепло", т.е. там, где применение газобетона недопустимо.

Пенобетон вообще не впитывает влагу, в отличие от га-зобетона, имеющего сквозные поры, т.к. структура пенобе-тона - это скрепленные между собой замкнутые пузырьки -отсюда и название - "пенобетон".

Также, пенобетон, в отличие от газобетона, является экологически чистым материалом.

Из-за перечисленного выше, большинство работ по утеплению кровли, трубопроводов, внешних стен, подва-лов и фундаментов проводят с помощью пенобетона. Со-ответственно, и на перегородки большинство строителей предпочитает использовать пенобетонные блоки.

•          Сравнение пенобетона и пенополистирола

Главные преимущества пенобетона перед пенополи-

стиролом: -    не горюч

-          в течение 50 лет эксплутационные свойства улучшают-ся, пенополистирол значительно ухудшает свои свой-ства в течение 10 лет

-          не едят мыши Ниже представлены результаты исследований пенопо-

листирола:

Результаты обследований зданий и сооружений с на-ружными стенами и покрытиями, утепленными пенополи-стиролом, показывают, что пенополистирол имеет ряд особенностей, которые не всегда учитываются строителя-ми. Стабильность теплофизических характеристик пенопо-листирола в условиях эксплуатации зависит от технологии его изготовления и совместимости с другими строитель-ными материалами. Нельзя не учитывать и воздействия ряда случайных эксплуатационных факторов, ускоряющих естественный процесс деструкции пенополистирола. Это подтверждается различными сроками службы, устанавли-ваемыми отечественными специалистами в пределах от 13 до 80 лет на пенополистирол, чаще всего с одинаковыми физическими свойствами. Зарубежные специалисты уста-навливают гарантированный срок службы 15-20 лет. Реже даются гарантии до 30 лет. При этом, не исключается воз-можность более длительной эксплуатации теплоизоляции при ухудшении физических свойств.

До введения новых норм по теплоизоляции стен и по-крытий проблема разработки методики не стояла из-за ма-лого объема применения пенополистирола. Например, в трехслойных железобетонных панелях и стенах с гибкими металлическими связями было достаточным принимать толщину пенополистирольных плит 4 - 9 см в зданиях, возводимых практически по всей России от Краснодара до Якутска. И, как правило, в капитальных жилых и общест-венных зданиях пенополистирол применялся в редких слу-чаях. Согласно новым нормам, толщину пенополистирольного слоя в стенах и панелях с гибкими металлическими связями приходится увеличивать, соответственно, до 15-30 см. При повышенной толщине утеплителей в стенах воз-растают усадочные явления и температурные деформации, что приводит к образованию трещин, разрывам контакт-ных зон с конструкционными материалами, изменяется воздухопроницаемость, паропроницаемость, и, в конечном итоге, снижаются теплозащитные качества наружных ог-раждающих конструкций. В северных регионах страны, с коротким холодным летом, стены с увеличенной толщиной теплоизоляции не успевают войти в квазистационарное влажностное состояние, что приводит к систематическому накоплению влаги и ускоренному морозному разрушению, снижению срока службы и более частым капитальным ре-монтам.

Чтобы представить последствия влияния химических факторов, было исследовано действие растворителей на пенополистирольные плиты. В качестве химических реа-гентов использовали бензин, ацетон, уайт-спирит и толуол, т. е. вещества, входящие в состав многих красок, приме-няемых в строительстве и ремонте. При воздействии ука-занных веществ в жидком состоянии наступило полное растворение образцов пенополистирола через 40-60 с. В парах (в эксикаторах) полное растворение произошло че-рез 15 сут. Хорошо известно, что пенополистирол имеет низкую огнестойкость. Но главная опасность для конст-рукций стен заключается не в низкой огнестойкости пено-полистирола, а в его низкой теплостойкости. До возгора-ния при t=80-90 0 C в пенополистироле начинают разви-ваться процессы деструкции с изменением объема и выде-лением вредных веществ. Происходящие локальные пожа-ры в отдельных квартирах домов в результате распростра-нения температурной волны уничтожают утеплитель в стенах рядом расположенных квартир. Проведенные исследования на бетонных, растворных и керамических об-разцах (30х30х20см) с внутренними полостями, заполнен-ными пенополистиролом (20х20х10см) показали, что их выдерживание при температуре 100-110 0 С в течение двух часов приводит, практически, к полной деструкции пено-полистирола с уменьшением в объеме в 3-5 раз. При этом, отобранный из полостей газ содержал вредные вещества. Обильное выделение вредных веществ началось при тем-пературе 80 0 С, характеризующей начало процесса стекло-вания, и продолжалось до полного расплавления пенопо-листирола. Некоторая часть газов была поглощена бето-ном, раствором, керамикой.

Значительные изменения теплотехнических свойств плит происходят в результате нарушения технологическо-го регламента при производстве строительных работ. На-пример, на втором году эксплуатации торгового подземно-го комплекса, построенного на Манежной площади в Мо-скве, сделали вскрытие покрытия, и при этом было обна-ружено на большинстве пенополистирольных плит значи-тельное число раковин и трещин. В результате, толщина плит изменилась с 77 до 14 мм. То есть отклонение от про-ектного значения, равного 80 мм, составило от 4 до 470%. При этом плотность пенополистирола в зоне самой тонкой части плиты увеличилась до 120 кг/м3, т.е. более чем в 4 раза, что вызвало изменение коэффициента теплопровод-ности материала в сухом состоянии с 0,03 до 0,07 Вт/(м2оС). Термическое сопротивление теплоизоляционно-го слоя покрытия в зоне чрезмерной деструкции пенополи-стирольных плит стало составлять 0,32 м2оС/Вт, что отли-чает его от проектного значения, равного 2,7 м2оС/Вт, бо-лее чем в 8 раз.

Качества пенополистирола ухудшаются под воздейст-вием 3 факторов:

1.         Технологические, влияющие на качество пенополисти-рола, отрицательное проявление которых может быть за-фиксировано в условиях эксплуатации. Например, к бес-прессовым пенополистиролам можно отнести неполное соединение гранул между собой, что увеличивает ячеи-стую более рыхлую структуру. Для всех пенополистиролов следует отметить время естественного удаления низкотеп-лопроводного газа из пор и заполнения пор воздухом.

2.         Воздействия, возникающие в результате изготовления панелей или возведения стен. К ним относятся физические нагрузки и вибрирование, температурные воздействия при прогреве панелей, случайные воздействия красок и других материалов, содержащих летучие реагенты, несовмести-мые с пенополистиролом. Они неизбежны и будут возни-кать из-за незнания специфических свойств пенополисти-рола.

3.         Эксплуатационные систематические воздействия, обу-словленные внутренним эксплуатационным режимом по-мещений и изменчивостью наружного климата. Т.е. на ес-тественную деструкцию пенополистирола и накладывают-ся дополнительно влияние технологических и эксплуата-ционных случайных факторов. Поэтому естественный процесс старения пенополистирола, медленно происходя-щий во времени, сильно ускоряется.

Получается, что свойства пенополистирола меня-ются от воздействия случайных факторов, и выбор данного материала в качестве утеплителя, экономически не выго-ден (при эксплуатации здания более 10 лет) и потенциаль-но опасен.