Некоторые аспекты улучшения физико-механических характеристик и регулирования показателей пористости теплоизоляционных пено- и фибропенобетонов

Наиболее эффективный способ повышения стабильности пенобетонных смесей контроля их агрегативной устойчивостью, а также повышения скорости их структурообразования – армирование фибровыми волокнами. Применение данного способа ведет к уменьшению деформаций усадки в несколько раз, что значительно улучшает эксплуатационные характеристики фибропенобетонов [1-7].

Теоретические основы технологии производства и особенностей структурообразования диспесрсно-армированных пенобетонов были заложены в работах Г.П. Сахарова, В.Т. Перцева, Г.А. Айрапетова, И.А. Лобанова, Л.В. Моргун, Г.В. Несветаева и др. [1-5].

В работах [3, 4] установлено, что применение дисперсных волокон в пенобетоне ведет к уменьшению числа дефектов структуры в готовых пенобетонах. Экспериментально доказана эффективность полиамидной фибры как структурообразующего компонента, регулирующего свойства межпоровых перегородок на ранней стадии структурообразования.

В результате этого улучшается трещиностойкость, уменьшается теплопроводность, стабилизируются гидрофизические свойства дисперсно-армированных пенобетонов в сравнении с пенобетонами аналогичной плотности. При этом вследствие увеличения прочности уменьшается материалоемкость фибробетонных строительных конструкций.

Л.В. Моргун экспериментально подтвердил снижение паропроницаемости и водопогло-щения по объему у фибропенобетона по сравнению с пенобетоном аналогичной плотности. Также фибропенобетоны имеют б о льшие модуль упругости и предельную растяжимость в сравнении с равноплотным пенобетоном [3, 4].

В работе [6] автор приходит к выводу, что агрегативная устойчивость пенобетонных смесей зависит от действия алюмосодержащих компонентов вяжущего и расширяющей добавки. При этом вяжущее и расширяющая добавка существенно ускоряют явление коалесценции, но способствуют контролю собственных деформаций твердеющего пенобетона [6].

Автор приходит к заключению о том, что объем пенобетонов, армированных фиброй, с расширяющей добавкой остается неизменным в течение одного года с момента начала формирования структуры, что позволяет получить фибропенобетон неавтоклавного твердения с компенсированной усадкой.

А.Ю. Богатина анализировала возможность использования конструкционных фибропе-нобетонов неавтоклавного твердения в несущих элементах жилых и общественных зданий [7]. Установлено, что достичь максимальной прочности на растяжение при изгибе можно при использовании фибры в количестве 1,5 % от объема твердой фазы. При этом наиболее рациональная длина фибровых волокон, применяемых при изготовлении конструкционного пенобетона, варьируется от 20 до 30 мм, так как б о льшая длина вызывает комкование волокон. Использование фибропенобетонов, обладающих достаточно высокой морозостойкостью, более экономически целесообразно, нежели использование многослойных конструкций с утеплителями.

При помощи воздействия на пенобетонную смесь переменным электрическим полем можно достигать более плотной упаковки частиц в материале межпоровых перегородок путем ликвидации в них капиллярной пористости и повышения площади контактов между частицами. Данный способ может быть достаточно эффективен в технологии пено- и фибропенобе-тона.

Целью данных экспериментальных исследований являлось улучшение физико-механических характеристик и детальное изучение характера изменения показателей пористости за счет рациональной дозировки компонентов фибропенобетонных смесей и активации этих смесей малоэнергоемким электрофизическим воздействием с оптимальными значениями его па- раметров.

Объекты и методы исследований

В лабораториях кафедры «Технология вяжущих веществ, бетонов и строительной керамики» Донского государственного технического университета была проведена серия экспериментальных исследований, направленных на получение теплоизоляционного пенобетона и фибропенобетона c улучшенными физико-механическими свойствами за счет подбора рационального количества фибры и применения малоэнергоемкой активации переменным электрофизическим воздействием, а также на исследование показателей пористости теплоизоляционных пено- и фибропенобетонов под влиянием активации [8].

Пено- и фибропенобетоны подвергались малоэнергоемкой электроактивации с опти- мальными параметрами, установленными авторами ранее, а именно:

• -    напряженность электрического поля - 3 В/см;

• -    частота - 50 кГц;

• -    продолжительность активации - 1 мин.

Для анализа влияния количества фибры на свойства активированных фибропенобетонов использовались бездобавочный цемент ЦЕМ I 42,5Н и пенообразователь «ПБ-Люкс». В качестве заполнителей применялся молотый песок смеси двух фракций – 0,08-0,16 мм и 0,160,315 мм. Во всех опытах оставались постоянными: соотношение цемент/заполнитель, вязкость пенобетонной смеси (около 300–320 мм расплыва шликера на вискозиметре Суттарда), а также условия приготовления смесей, их укладки и обработки. Твердение всех образцов происходило в естественных условиях до проектного возраста 28 сут. Применялась полипропиленовая фибра [9–11].

Общую пористость определяли по формуле:

„ V

П =

Vо где Vп – объем пор в материале; Vо – объем материала в естественном состоянии.

Открытая пористость П о определяется как отношение суммарного объема пор, насыщающихся водой, V п^вод к объему материала V о , т.е.

вод

V _п

V ₀

Результаты и их обсуждение

Результаты влияния количества фибры на физико-механические показатели фибропено-бетонов приведены в таблице 1 и на рисунках 1-3.

Таблица 1

Влияние степени армирования фиброй на изменение физико-механических свойств пенобетона и эффекта от электрофизической активации

Количество фибры, % (от массы цемента)	Прочность при сжатии/ при изгибе, МПа		Средняя плотность, кг/м3		Сорбционная влажность при относ. влаж. возд. 75%, %		Сорбционная влажность при относ. влаж. возд. 97%, %		Теплопроводность, Вт/(м·°C)		Паропрони-цаемость, мг/(м·ч·Па)
	Акт.	Неакт.	Акт.	Не-акт.	Акт.	Не-акт.	Акт.	Не-акт.	Акт.	Не-акт.	Акт.	Не-акт.
0	1,09 / 0,14	0,97 / 0,12	501	515	2,08	2,19	3,09	3,25	0,115	0,122	0,164	0,155
3	1,49/0,19	1,27/0,16	511	521	2,05	2,17	3,05	3,24	0,116	0,124	0,161	0,152
4	1,60/0,22	1,32/0,17	506	518	2,02	2,20	3,03	3,29	0,111	0,122	0,162	0,154
5	1,44/0,18	1,25/0,15	517	525	2,01	2,11	3,03	3,17	0,121	0,127	0,159	0,150

1,8

1,6

1,4

1,2

Количество фибры, %

—•—Активированный фибропенобетон

Рисунок 1 – Сравнение прочности при сжатии активированного и неактивированного фибропенобетонов в зависимости от количества фибры

—•—Активированный фибропенобетон

—•—Неактивированный фибропенобетон

0,13

0,12

0,11

0,1

Рисунок 2 – Сравнение прочности при изгибе активированного и неактивированного фибропенобетонов в зависимости от количества фибры

Количество фибры, %

—•—Активированный фибропенобетон

—•— Неактивированный фибропенобетон

Рисунок 3

– Сравнение теплопроводности активированного и неактивированного фибропенобетонов в зависимости от количества фибры

Результаты влияния электроактивации пено- и фибропенобетона на изменение показателей их пористости приведены в таблицах 2-3 и на рисунках 4-7.

Таблица 2

Влияние активации на изменение показателей пористости пенобетона (фибропенобетона)

Пенобетон (фибропе-нобетон) К о о S § щ 2 о Н g И О И К СП g g 0 5 и и g S S и Средняя плотность Предел прочности при сжатии / при изгибе при W = 10 % Пористость, % кг/м3 Вариация ν(ρ0), % МПа Вариация ν(Rb), % Общая Открытая Актив. 640 (650) 501 (512) 1,8 1,29 / 0,15 (1,42 / 0,19) 10,7 82,5 (74,2) 42,6 (38,3) Без  ак тив. 518 (529) 3,7 1,09 / 0,12 (1,2 / 0,16) 14,4 81,5 (73,4) 48,1 (43,3) Актив. 520 (530) 402 (409) 1,8 1,06 / 0,13 (1,17 / 0,17) 10,7 86,2 (77,6) 45,9 (41,2) Без  ак тив. 414 (425) 3,7 0,97 / 0,10 (1,07 / 0,13) 14,4 85,5 (77,0) 49,8 (44,8) Актив. 750 (765) 606 (619) 1,8 1,58 / 0,17 (1,74 / 0,22) 10,7 78,5 (70,7) 41,9 (37,4) Без  ак тив. 624 (638) 3,7 1,43 / 0,14 (1,57 / 0,18) 14,4 77,7 (69,9) 45,2 (40,7) g 86 ^ 8846

о

=

! 82

ю о 80

500              600

Средняя плотность, кг/м ³

—•—Активированный пенобетон   —•— Неактивированный пенобетон

Рисунок 4 – Сравнение общей пористости активированного и неактивированного пенобетонов в зависимости от их средней плотности

0х 50

46 к д 44

§ 42

| 40

Средняя плотность, кг/м ³

—•—Активированный пенобетон —•—Неактивированный пенобетон

Рисунок 5 – Сравнение открытой пористости активированного и неактивированного пенобетонов в зависимости от их средней плотности о 70 с

Средняя плотность, кг/м ³

—•—Активированный фибропенобетон

—^Неактивированный фибропенобетон

Рисунок 6 – Сравнение общей пористости активированного и неактивированного фибропенобетонов в зависимости от их средней плотности

£  42

Средняя плотность, кг/м ³

^^Активированный фибропенобетон

—•—Неактивированный фибропенобетон

Рисунок 7 – Сравнение открытой пористости активированного и неактивированного фибропенобетонов в зависимости от их средней плотности

Таблица 3

Характеристики структуры пенобетонов и фибропенобетонов, выявленные с использованием оптического микроскопа

Пенобетон (фибро-пено-бетон) D500	Пористость, %
	П п	П д по размерам пор, мкм
		До 200	200-400	400-600	600-800	800-1000	10002000	2000 и более
Без акт.	82,5 (74,2)	10,5 (12,2)	18,2 (21,1)	25,2 (28,6)	29,3 (31,1)	10,2 (5,4)	5,6 (1,1)	2,0 (0,5)
Активир.	81,5 (73,4)	7,5 (11,0)	14,8 (18,5)	22,5 (24,2)	28,6 (29,4)	13,6 (9,8)	8,2 (4,6)	4,8 (2,5)

Пп, Пд – соответственно полная и дифференциальная пористость пенобетона и фибропенобе- тона.

Для сохранения вынужденных колебаний в среде с вязким трением должна быть затрачена определенная мощность, поглощаемая пенобетонной смесью при электроактивации, называемая мощностью потерь, так как она затрачивается на силы сопротивления среды при колебаниях заполнителя и в итоге преобразуется в тепло.

Поглощение энергии смесью будет иметь резонансный характер. Именно в этом случае режим малоэнергоемкой электроактивации оптимален для достижения максимального эффекта от регулирования структурообразования и характеристик пено- и фибропенобетонов, активированных переменным электрическим полем.

Полученные активированные пено- и фибропенобетоны по сравнению с неактивированными обладают улучшенными физико-механическими характеристиками и могут применяться в качестве тепло- и звукоизоляции стен, полов, плит перекрытий. При этом малоэнергоемкая электроактивация способствует уменьшению количества брака при транспортировании и монтаже изделий из теплоизоляционного пено- и фибропенобетона.

Выводы

Анализируя полученные результаты, можно сделать следующие выводы.

Наиболее рациональное количество фибры в процентах от массы вяжущего – 4. При данной степени армирования наблюдается наиболее положительный эффект от электрофизической активации фибропенобетона, а физико-механические свойства материала имеют наибольшие значения.

Малоэнергоемкая электрофизическая активация приводит к незначительному (до 5 %) увеличению общей пористости пено- и фибропенобетона. В то же время открытая капиллярная пористость уменьшается на 12–20 %, что свидетельствует об упрочнении межпоровых перегородок пено- и фибропенобетона, при этом плотность остается практически неизменной.

Исследование полной и дифференциальной пористости подтверждает факт уменьшения открытой капиллярной пористости пено- и фибропенобетонов в результате малоэнергоемкой электрофизической активации.