Характеристика используемых материалов

При проведении экспериментальных исследований в качестве вяжу­щего был принят шлакопортландцемент. Такой вариант является более эко­номичным и практически не уступает по прочностным характеристикам обычному бездобавочному цементу. Главным недостатком шлакопортланд­цемента (далее по тексту ШПЦ) является несколько замедленный набор им прочности на ранних сроках твердения. Но он не имеет решающего значения при исполь­зовании его в конструкциях, не содержащих напрягаемой арматуры.

Для получения шлакопортландцемента 50% шлака замалывают в цементных мельницах совместно с 50% портланд­цементного клинкера и 7% гипса от общей массы смеси. Тонкость помола примерно того же порядка, что и для обычного портландцемента (7-11 г.), удельная поверхность 3000-3500 см²/г. В отобранной пробе тонкость помола составляла 8,2 г, удельная поверхность 3660 - см²/г.

Для получения новых или придания необходимых в данных условиях эксплуатации свойств в пенобетон вводят добавки, модифицирующие его свойства. Модифицирующие добавки в пенобетон можно разделить на 6 ос­новных классов: эфиры целлюлозы, редиспергируемые сополимерные по­рошки, порообразователи, ускорители (регуляторы) схватывания, армирую­щие волокна и гидрофобизаторы. Остановимся на каждом из классов под­робнее.

1) Эфиры целлюлозы. Представлены метилгидроксипропилцеллюло­зой и метилгидроксиэтилцеллюлозой. Этим сложным эфирам целлюлозы присущи уникальные свойства. Введение очень незначительных количеств эфиров целлюлозы в смесь при приготовлении пенобетона позволяет:

- формировать водоудерживающую способность;

- регулировать реологические процессы;

- повысить стабильность к температурным воздействиям.

Представителем добавок этого класса при проведении исследований является – Терцел 70М.

2) Редиспергируемые сополимерные порошки (РПП). Они представ­ляют собой тонкие, редиспергируемые в воде синтетические полимеры. Эти порошки производятся методом распылительной сушки водных синтетиче­ских дисперсий на базе сополимеров винилацетата, акрилатов и версататов.

Редиспергируемые порошки хорошо диспергируют в воде. Благодаря им растворы отличаются повышенной адгезией к различных поверхностей, улучшенной стойкостью к истиранию, большой пластичностью и прочно­стью на изгиб.

Редиспергируемые порошки обеспечивают преимущества как добавки в бетон на цементном, гипсовом и известковом вяжущем, так и в качестве единственного вяжущего.

Типичные свойства этих порошков как добавки: при увеличении кон­центрации от 0,5 до 5 мас. % ощутимо улучшается перерабатываемость и возрастают прочностные характеристики, адгезия к различным основаниям, водостойкость, пластичность структуры а также атмосферная стойкость.

Типичные свойства порошков как вяжущего: при концентрации более 5% в смеси отмечается значительное увеличение пластичности. Применяется в качестве самостоятельного вяжущего для укладки пенобетона в тёплые полы.

Представителем добавок этого класса при проведении исследований является – Repol S35.

3) Порообразователи относят к более широкому классу поверхностно­активных функциональных добавок. Он является одним из обязательных компонентов пенобетонной смеси. Различают два основных вида порообра­зователей – белковые и синтетические.

Приведём основные свойства этих пенообразователей:

а) Синтетические:

- увеличение срока схватывания и твердения пенобетонной массы;

- сильно влияют на прочность пенобетона в худшую сторону;

- пониженная стойкость пенобетонной массы;

- устойчивость к различным ускорителям;

- невозможно получать пенобетоны низкой плотности

б) Белковые:

- практически не влияет на увеличение срока схватывания и твердения пено­бетонной массы

- слабо влияют на прочность пенобетона в худшую сторону

- очень высокая стойкость пенобетонной массы

- слабая устойчивость к различным ускорителям, но их добавление обычно и не требуется

- возможно получать пенобетоны плотностью от 300

Видно, что по большинству важных характеристик белковые пенообра­зователи превосходят синтетические. Представителем добавок этого класса при проведении исследований является – белковый пенообразователь «Пио­нер-Био» фирма-производитель ООО «ГОШ-лаборатория», г. Курск и белко­вый пенообразователь «Э.С.Т.» фирма-производитель ООО «Белгородские энергосберегающие технологии», г. Белгород.

4) Ускорители схватывания.

При изготовлении бетона в него при необходимости вводят вещества, регулирующие скорость схватывания. Этот эффект является результатом различного рода химического и/или физического взаимодействия с её компо­нентами. В общем, можно выделить следующие особенности действия доба­вок:

- ускорение схватывания, то есть добавки сокращают период перехода смеси из жидкого состояния в твёрдое (в особенности на это влияют алюминаты и соединения лития);

- ускорение затвердевания, то есть добавки ускоряют набор начальной проч­ности пенобетона.

Преимущество применения таких добавок состоит, в частности, в том, что возможно управление длительностью схватывания и отвердевания в оп­ределённых пределах и, таким образом, компенсируется воздействие отрица­тельных температур.

Применение ускорителей твердения:

- при производстве любых бетонов (пенобетонов) при высоких (более + 25 °С) температурах. Позволяет прореагировать цементу до испарения воды из раствора, что понижает вероятность растрескивания;

- при производстве пенобетона для ускоренного схватывания и более полной реакции за короткий срок, что позволяет значительно уменьшить усадку;

- при производстве любых бетонов (пенобетонов) при низких (менее + 10 °С) температурах. Особенно незаменим, когда после дневной заливке бетона (пе­нобетона), ночью может стать температура ниже нуля. Позволяет выдержи­вать временное понижение температуры до - 10 °С без потери качества бе­тона (пенобетона);

- улучшает обрабатываемость бетона и снижает водоотделение.

Дозировка модификаторов схватывания колеблется в зависимости от ожидаемого эффекта и лежит в пределах от 1,0 до 4,0 вес. % от вяжущего.

В ходе опытов использовались три представителя ускорителей тверде­ния: карбонат лития, формиат кальция и хлорид кальция.

5) Армирующие волокна. Хорошо известно, что цементное вяжущее, обладая высокой прочностью на сжатие, но имеет сравнительно низкую прочность на растяжение и изгиб, низкую трещиностойкость. Для исправле­ния этого недостатка используется много различных способов, одним из ко­торых является армирование цементного камня волокнистым материалом. В зависимости от типа волокон можем изменять те или иные качества пенобе­тона. Так целлюлозное волокно облегчает процесс шлифовки, а при исполь­зовании полиакриловых волокон наблюдается значительное увеличение из­носостойкости. К слову, можно заметить, что полиакриловые волокна ис­пользуются при подготовке трассы для гонок «Формулы-1».

Волокна полностью устойчивы по отношению к большинству органи­ческих растворителей таких как, например: спирты, бензол, гликоль, глице­рин, толуол, простые и сложные эфиры, этаноламин, молочная кислота, ми­неральное масло и многие другие. Противостоят действию муравьиной, ук­сусной, фосфорной, азотной, хлороводородной и серной кислот, калийной и натриевой щёлочи.

Фибра – представляет собой полипропиленовые волокна, добавляемые в бетон, пенобетон, раствор, штукатурный состав и т.д. При перемешивании равномерно распределяется по всему объему смеси и армирует её. Фиброво­локно является эффективной армирующей добавкой для пенобетона и тяжё­лого бетона. Используется во всех типах цементных растворов, когда необ­ходимо предотвратить образование деформационных трещин возникающих вследствие механического воздействия или усадки (например, при заливке полов, стяжке или при заливке в опалубку). Применение фиброволокон по­зволяет избежать трудоемких операций по армированию.

Ряд особенностей присущих пенобетону с фиброволокнами: повышает сопротивление механическим воздействиям; в отличие от металлической сетки армирует раствор по всем направлениям; обладает высокой адгезией к раствору и образует однородную массу. Основное её назначение – повыше­ние сопротивления усадочному трещинообразованию материалов на цемент­ной основе. Также повышается прочность конечных изделий на изгиб, удар­ная прочность.

Фибра применяется в производстве пенобетона и других ячеистых бе­тонов (незаменима при заливке пенобетона в опалубку полов, крыш, дымо­ходов и т.п.).

Норма расхода фиброволокна для пенобетона составляет 0,6 – 1 кг/м³ пенобетона.

Представляют данный класс волокна Richem и Tehnocel 500-1 610-05.

6) Гидрофобизаторы. Другое их названия – металлические мыла.

Многие современные конструкционные материалы обладают гидро­фобными свойствами. В основном это рафинировочные, лёгкие, адгезивные, изоляционные штукатурки и штукатурки для реставрационных работ. Но данная технология применима и для других материалов, например, бетонов, заливочных смесей, панелей из гипсовой штукатурки и натурального камня.

Металлические мыла занимают ведущие позиции в промышленности строительных материалов вследствие большой удельной поверхности, а также высоких водоотталкивающих свойств. Нанесение на защищаемую по­верхность такого гидрофобного материала обеспечивает многолетнюю водо­стойкость конструкции. Так же наблюдается резкое падение или полное от­сутствие диффузии паров.

Эффективность защиты зависит от интенсивности перемешивания ме­таллических мыл со строительными материалами. Выпускаются неактивные и активные гидрофобные агенты. Активные гидрофобные вещества удобнее – они используются мыла, главным образом олеата натрия (Natriumoleat).

Кроме него на российском рынке представлены и широко использу­ются такие гидрофобизаторы как стеарат цинка и стеарат кальция.

Дозировка для неактивных гидрофобных агентов составляет 0,1-1% от массы сухого вещества смеси, а для активных – 0,05 – 0,6%. Представителем металлических мыл, добавляемым при проведении эксперимента в пенобетон является стеарат кальция.

Подводя итог всему вышесказанному можно сказать, что на современ­ном этапе развития наука может предложить широкий ряд модифицирующих добавок, применимых для улучшения тех или иных свойств пенобетона. Но, несмотря на это лаборатории, проводя эксперименты с изменением концен­трации добавок и их комбинаций, получают новые эффекты. Так же с откры­тием новых строительных материалов изучается возможность изучать изме­нение их свойств при добавлении уже используемых в других составах доба­вок.