Мар 102011
 

 

Б.С. БАТАЛИН, профессор, И. П. ПРЯХИН, аспирант.

Пермский государственный технический университет

Исследования пермских ученых показали, что определенные добавки, введенные в пенобетонную смесь в указанном количестве от массы бездобавочного портланцемента, повышают прочность пенобетона.

В настоящее время интерес к пенобетону и технологии его изготовления резко возрос в связи с увеличением объемов строительства частного загородного жилья, монолитно-каркасного домостроения, в котором пенобетон зарекомендовал себя очень эффективным, надежным, менее трудоемким и наиболее дешевым в сравнении с другими материалами.  Производство пенобетона привлекает своей простотой и возможностью получить монолитный бетон на строительной площадке. Практика изготовления пенобетона показывает большие различия в физико-механических показателях изделий. Это связано с влиянием многих факторов, определяющих свойства изделия, но главными являются: применяемый пенообразователь, характеристика оборудования, характеристика вяжущего и заполнителя. Обычно у пенобетонщиков подразумевается под вяжущим цемент.  Иногда уточняется его марочность –М400, М500. Еще более точная характеристика – оговаривается количество минеральных добавок. В ПЦ- 400Д0 – их до 5%, в ПЦ-400Д20 – до 20% и т.д. Этого недостаточно для полной характеристики цемента. При указании применяющегося цемента необходимо обязательно ссылаться на его производителя. В зависимости от особенностей местной сырьевой базы минералогия цементов разных заводов очень сильно разнится. В первую очередь по содержанию трехкальциевого алюмината С3А. И хотя эти цементы имеют равную 28-ми суточную прочность, кинетика ее набора, а также время схватывания и скорость твердения сильно отличаются.  Присутствие пенообразователя, тормозящего гидратацию цемента сильно пластифицирующего смесь усиливает это различие.

Абсолютно не учитывается такой фактор, заметно влияющий на активность цементов, как продолжительность хранения их на складе после изготовления. Любой цемент при хранении теряет 15-20%  своей активности через 3 месяца и на 20-30% и больше через 6 месяцев. Процесс идет не только из-за присутствия влаги в воздухе, но и под воздействием атмосферной углекислоты [1].Задача восстановления активности при использовании долго хранившегося цемента решаема. Для этого необходимо ввести в технологическую цепочку, достаточно простой агрегат, например, мельницу, в котором будет проводиться предварительная активация цемента. Таким образом, чем выше будет марочная прочность цемента после механоактивации , тем прочнее будет цементный камень. Практика показала, что при получении пенобетонов со средней плотностью выше 400 кг/м³ возможно применение портландцементов типа ПЦ400-Д0 и ПЦ400-Д20. Для получения пенобетонов со средней плотностью 300 кг/м³ и ниже требуются высокомарочные портландцементы типа ПЦ500-Д0.

Вещественный состав цемента тоже играет большую роль в технологии пенобетона. Как правило, цементные заводы в качестве активной минеральной добавки используют доменные гранулированные шлаки, которые в свою очередь медленно взаимодействуют с водой. Чем больше в составе цемента шлака, тем медленнее он схватывается и твердеет. Применение  цементов, содержащих в своем составе активные минеральные добавки осадочного происхождения, недопустимо, особенно при производстве теплоизоляционных бетонов. Это связано с тем, что минеральные добавки типа трепела, опоки, диатомита состоят из аморфного кремнезема и имеют высокоразвитую поверхность частиц. Эти частицы хорошо адсорбируют на своей поверхности молекулы ПАВ пенообразователя, что может привести к повышению расхода пенообразователя или осадке пеномассы в форме [2]. В портландцементе эти добавки обычно содержатся в количестве до 20%.

Наши исследования показали, что те же добавки, введенные в пенобетонную смесь в количестве 7-10% от массы бездобавочного портланцемента повышают прочность пенобетона по заданной плотности при нормальном расходе пенообразователя.

Для производства пенобетона очень важно иметь короткие сроки набора распалубочной прочности материала. Сроки схватывания пенобетонного массива будут зависеть от количества и вида вводимого пенообразователя и тонкости помола цемента. Чем тоньше измельчен цемент, тем интенсивнее он твердеет. Прочность цементного камня в первые сутки твердения определяется содержанием в вяжущем зерен размером до 5мкм. Частицы размером зерен до 6-30 мкм — основная фракция — определяет качество цемента в целом, фракция 30-60 мкм способствует росту прочности после 28 суток  твердения. Сроки схватывания цемента регулируются заводами изготовителями количеством вводимого природного гипсового камня. Для ускорения сроков схватывания пеномассы в формах в литературе [3,4] рекомендуют использовать в качестве вяжущего для пенобетонов безгипсовые клинкерные цементы. От минералогического состава клинкера зависит конечная марочная прочность, кинетика набора прочности, сроки схватывания цементов, тепловыделение при гидратации, долговечность цементного камня в агрессивных средах, усадочные явления. Основными минералами, отвечающими за марочную прочность, сроки схватывания и кинетику нарастания прочности,  являются трехкальциевый силикат C3S и трехкальциевый алюминат С3А. Чем выше содержание C3S, тем выше может быть марочная прочность и скорость набора прочности. Высокое содержание С3А ускоряет сроки схватывания и набор прочности цементов в ранние сроки. Присутствие в пеноцементной системе поверхностно-активных веществ изменяет гидратационные свойства цементов. По эффективности влияния ПАВ на свойства растворов и бетонов авторы все цементы условно разделили на группы: 1-я группа-  С3А<6 мас. %,  C3S>50 мас. %; 2-я группа С3А<7-10 мас. %,  C3S>40 мас%.; 3-я группа С3А>10 мас. %,  C3S<40 мас%.Такое деление справедливо для цементов, применяемых в пенобетонах. Наиболее эффективными для применения в технологии пенобетонов являются цементы 1-й группы- С3А<6 мас. %,  C3S>50 мас. %».. [4]   В Пермском крае в основном используются Горнозаводский, Сухоложский и Невьянский цементы они отличаются по минералогии, поэтому представляет огромный интерес изучить влияние содержания основных минералов цемента  на физико-механические свойства пенобетона.

По минеральному составу цементы подразделяют на алитовые, белитовые и алюминатные в зависимости от  соответственно алита – 3CaO.SiO2(C3S), белита — 2CaO.SiO2 (C2S), алюмината кальция 3CaO.Al2O3 (C3A).Надо отметить, что деление это довольно условно и существует множество переходных композиций, которые могут одинаково правомерно быть отнесены и тому, и к  другому и к третьему типу. В наших экспериментах в качестве алитового цемента был выбран горнозаводкий, белитового – сухоложский, а алюминатного – невьянский. Все цементы не содержали активных минеральных добавок. (Вид использованного цемента устанавливали по данным документов о качестве каждого цемента).

С использованием этих цементов были приготовлены образцы пенобетона с пенобразователем ПБ -20 с проектной плотностью 600 кг/м3. После естественного твердения на воздухе образцы испытывали через 1, 7 и 28 суток. Расход цемента во всех случаях был одинаковым и составлял 365 кг на 1 кубометр пенобетона.

Прочность определяли на 6 образцах-близнецах с длиной ребра 10 см каждого состава. Разброс прочности (коэффициент вариации) в каждой серии не превышал 15%. Полученные результаты приведены в табл. 1.

Скорость твердения в начальный период и конечная прочность выше у алитовых цементов, несколько меньше у алюминатных. У белитовых цементов скорость твердения в первой половине 28-суточного периода ниже, чем у других, но конечная прочность практически не отличается от них. Как видно из приведенных в табл. 1 данных, тип цемента существенно не влияет на конечную прочность пенобетона, так как отличия между прочностью пенобетона на цементах разных типов не превышает величины коэффициента вариации.

Необходимо еще раз отметить, что технология пенобетона требует не только грамотно выбранной схемы производства и соответствующих материалов, но и строгого соблюдения технологической дисциплины.

 

Литература

 

1.    Волженский А.В., Буров Ю.С.Минеральные вяжущие вещества,

М.,Стройиздат. 1973. 299с.

2.    Коломацкий А. С., Процессы твердения цемента в пенобетоне //

Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова» Пенобетон-2003». №4 с.138-145

3.  Бабушкин В. И., Пенобетонные смеси ускоренного твердения на

безгипсовом цементе // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова»

Пенобетон-2003». №4 с.69-72

4.    Фендер Л. А., Роль цемента в формировании свойств бетонных

смесей и бетонов// Цемент и его применение. 2001. №6. с. 29-31.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1. Влияние минерального состава портландцемента на

прочность пенобетона

 

Тип цемента Минеральный состав (ориентировочно) Предел прочности при сжатии, МПа, в возрасте (сутки)
C3S С2S C 3A

 

1 день 7 дней 28 дней
Горнозавод

ский

60 18 8 0,56 1,84 3,77
Сухоложский 50 26 10

 

0,62 1,79 3,54
Невьянский 40 22 10 0,79 1,95 3,47

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АННОТАЦИЯ

 

УДК 666.970

 

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦЕМЕНТА В ПРИГОТОВЛЕНИИ ПЕНОБЕТОНА

Б.С. БАТАЛИН, профессор, И. П. ПРЯХИН, аспирант.

Пермский государственный технический университет

Исследованиями установлено, что прочность и плотность пенобетона зависят не только от вида пенообразователя, марки используемого цемента и наличия в нем активной минеральной добавки, но и от его минералогического состава. Наилучшие результаты при прочих равных условиях получены на алитовом бездобавочном портландцементе.

 Posted by at 19:02

 Leave a Reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

(required)

(required)

Включите изображения, чтобы увидеть вопрос *

Яндекс.Метрика