Исследование возможности получения неавтоклавного газобетона с использованием химических добавок

Повышение требований по термическому сопротивлению наружных ограждающих конструкций вызвало необходимость использования эффективных стеновых материалов с низким коэффициентом теплопроводности удовлетворяющих требованиям по прочности, морозостойкости и долговечности. Применяемые сегодня традиционные стеновые материалы не удовлетворяют современным требованиям по энергоэффективности. В связи с изменениями в СНиП 11-3-79х «Строительная теплотехника» [1] и вышедшим в 2009 г. законом об энергосбережении возникла необходимость утепления наружных стеновых конструкций. Большая часть стен новых зданий сегодня выполняется в виде облегченной кладки или с использованием вентилируемых фасадов. Используемые в практике строительства органические теплоизоляционные материалы, такие как пеноизол, пенополиуретан и блочный пенополистирол, не удовлетворяют требованиям по воздухопроницаемости, огнестойкости и долговечности.

Страны Западной Европы отдают предпочтение строительству зданий из ячеистого бетона. Достоинствами стен из ячеистого бетона являются высокая воздухопроницаемость и высокая огнестойкость. Исследования, проведенные в Швеции, показали, что при повышении температуры до 400оС прочность газобетона увеличивается на 85%, а одностороннее воздействие огня газобетон выдерживает в течение 3-7 часов без образования трещин. Кроме того, газобетон является экологически чистым материалом, не выделяет вредных веществ, регулирует температурно-влажностный режим в помещении. Точные размеры и ровная поверхность блоков дают значительную экономию отделочных материалов, газобетон легко поддается механической обработке, легко пилится, сверлится и гвоздится. По заключению немецких экспертов, газобетон находится на втором месте после древесины по санитарногигиеническим условиям. Поэтому для устройства стен зданий в сейсмических районах Республики Бурятия предпочтительным является устройство стен с применением ячеистых бетонов с низким коэффициентом теплопроводности, что реально можно получить при средней плотности неавтоклавного ячеистого бетона до 800кг/м3. Известно также, что более высокими физико-механическими свойствами обладают газобетоны по сравнению с пенобетонами. Это обеспечивается возможностью применения современных суперпластификаторов, использование которых в пенобетонах приводит к снижению кратности пен. Применение в газобетонах суперпластификаторов позволит снизить водотвердое отношение и, соответственно, повысить трещиностойкость.

Обычно в газобетонах в качестве щелочного компонента, способствующего газообразованию, используется известь, которая, имея порошкообразное состояние, не обеспечивает равномерное газообразование в массиве газобетонной смеси [2]. Поэтому целью данной работы было использование водорас- творимых химических добавок взамен извести для получения газобетона без тепловой обработки с использованием местного сырья.

В работе использовался кварцполевошпатовый песок Заводского месторождения с насыпной плотностью 1330 кг/м³ и модулем крупности 1,5, а также следующие химические добавки: гидроокись натрия (NaOH), сульфат натрия (NaS0 4 ), хлористый натрий (NaCl), хлористый кальций (СаС1 2 ), суперпластификатор (С-3), поверхностно-активное вещество (ПАВ), алюминиевая пудра ПАП-1.

Хлористый кальций и сульфат натрия являются ускорителями твердения цемента, кроме того, они вступают в химическое взаимодействие по реакции:

CaCl2+Na2S04+2H2O  CaS04*2H20+2NaCl, образуя гипс, который способствует стабилизации структуры бетона в первые сроки твердения. Вводимый и выделяющийся по реакции хлористый натрий вступает во взаимодействие с гидроокисью кальция (СаО), выделяющейся при твердении цемента, с образованием хлористого кальция - ускорителя твердения цемента. Гидроокись натрия реагирует с алюминием по реакции 2NaOH+Al Na2A102+H2ти является щелочным компонентом газообразователя. Суперпластификатор С-3, а также щелочная среда за счет гидроокиси натрия увеличивают подвижность бетонной смеси и позволяют снизить водотвердое отношение до 0,25-0,3, что в 1,5 раза меньше, чем при использовании традиционных компонентов бетонной смеси (извести и гипса) при вибрационном способе укладки. Данный способ позволяет ускорить химическую реакцию газообразования, повышает скорость набора прочности в естественных условиях и уменьшает усадочные деформации [3,4].

В качестве вяжущего использовали портландцемент с АМД (зола до 20%) М400 Д20 и М500 Д0 Ангарского цементного завода. Для снятия парафиновой пленки на алюминиевой пудре применяли в качестве ПАВ моющее средство.

Возможность применения кварцполевошпатового песка проверялась при расходе сырьевых компонентов на 1 м3, представленных в таблице 1.

Таблица 1

Исследуемые составы газобетона

№п/п	ПЦМ400 Д20, кг	ПЦМ500 ДО, кг	NaOH, %	Na 2 S0 4, %	СаС1 2, %	NaCl , %	ПАП-1 %	С-3, %
Состав 1	400		0,06	0,02	0,7	0,26	0,12	0,5
Состав 2		500	0,075	0,025	0,9	0,32	0,15	0,5

Водотвердое отношение варьировалось от 0,25 до 0,3. Бетонная смесь в момент укладки имела температуру 40-45°С. Смесь укладывалась по литьевой технологии в формы-кубы размером 10x10x10см. Формы заполнялись на высоту 8,5 - 9см с учетом коэффициента вспучивания, равного 1,1. Образцы-кубы твердели на воздухе при температуре 18±2°C, затем испытывались на прочность при сжатии в возрасте 3, 7 и 28 суток, кроме того, проверялась средняя плотность и влажность образцов. Известно, что прочность ячеистого бетона зависит от влажности с учетом понижающих коэффициентов, представленных в таблице 2 .

Таблица 2

Поправочные коэффициенты прочности ячеистого бетона в зависимости от влажности

Влажность (W), %	4-6	8	10	12	15-25
К	0,87	0,85	0,82	0,78	0,75

Для состава 1 исследовалась кинетика набора прочности.

В таблице 3 и на рисунке 1 приведена кинетика набора прочности газобетона состава 1.

Таблица 3

Кинетика набора прочности образцов газобетона (состав 1)

Время, сут.	3 суток	7 суток	28 суток
Влажность (W), %	17,1	13,6	7,6
Прочность при сжатии при данной влажности (Rсж), МПа	1,8	2,8	4,6
Прочность при сжатии в сухом состоянии (Rсж), МПа	2,4	3,7	5,5
R 3 /R 28 , %	38	62	100
R 7 /R 28 , %	43	70	100

Рис. 1. Влияние влажности на прочность газобетонных образцов

Результаты исследований состава 2 приведены в таблице 4.

Таблица 4

Физико-механические характеристики неавтоклавного газобето на с химическими добавками (состав 2)

№ п/п	Средняя плотность при естественной влажности, кг/м3	Средняя плотность в сухом состоянии, кг/м3	Влажность, %	Прочность при сжатии, МПа	Среднее значение прочности, МПа	Коэффициент теплопроводности, вт/мград
	850	780	7,2	5,12	5,2	0,17
	870	814	6,5	5,38		-
	860	799	6,8	5,22		-
	865	801	7,1	5,03		-
	875	809	7,5	5,28		-

Следует отметить, что данные составы, в отличие от традиционных составов с использованием извести как щелочного компонента и гипса для стабилизации структуры, обеспечивают равномерную мелкозернистую структуру, так как все химические добавки хорошо растворимы в воде и равномерно реагируют в бетонной смеси. Набор прочности в возрасте 3 суток до 38% позволяет исключить тепловлажностную обработку.

Таким образом, получен неавтоклавный газобетон со следующими техническими характеристиками: средняя плотность от 780 до 1100кг/м³ , средняя прочность при сжатии от 4,31 до 5,2МПа в зависимости от расхода, вида и марки цемента и от отношения кремнеземистого компонента к вяжущему. Экспериментально подтверждена эффективность применения комплекса химических добавок, расход которых в сумме не превышает 1,6%, что значительно ниже расхода извести, применяемой в традиционных составах газобетона. Полученный газобетон состава 2 может использоваться для кладки несущих стен малоэтажных зданий в сейсмических условиях, а также стенового заполнения каркасных высотных зданий, а состав 1 рекомендуется использовать для кладки внутренних стен и перегородок, так как он не обеспечивает требуемое термическое сопротивление . Благодаря наличию резервных пор газобетон имеет высокую морозостойкость, а соответственно, и высокую долговечность [5, 6].

Полученный коэффициент теплопроводности газобетона состава 2 позволяет возводить наружные стены в условиях г.Улан-Удэ толщиной 66 см без дополнительного утепления, что является традиционным для нашего региона. Благодаря мелкопористой структуре блоки из неавтоклавного ячеистого бетона ссслужат эффективным звукопоглотительным материалом. Стена из ячеистого бетона по стоимости в 2-3 раза ниже, чем стена из кирпича с утеплителем.