Файл: Черкасов, Г. И. Введение в технологию бетона.pdf

■дения усадочные деформации снижаются до 0,4—0,6 мм/м, а деформации ползучести до 0,3—0,8 мм/м.

В. ДРУГИЕ ВИДЫ ЛЕГКИХ И ОСОБОЛЕГКИХ БЕТОНОВ

В качестве разновидности легкого бетона Б. Г. Скрамтаев, Н. М. Орлянкин и Н. С. Попов предложили крупнопористые (беспесчаные) бетоны-на плотных заполнителях.

При изготовлении крупнопористых бетонов используют гравий или щебень крупностью от 5 до 50 мм, лучше всего однофракционный заполнитель крупностью 10—20 мм. По физико-механическим свойствам заполнитель должен удовле­ творять требованиям ГОСТ к крупному заполнителю для обычных бетонов.

Расход цемента в зависимости от требуемой прочности и объемного веса бетона принимают в 70—-'150 кг/м3. Жела­ тельно применение портландцементов повышенных марок.

Объемный вес крупнопористого бетона определяется объемным насыпным весом заполнителя и расходом цемента. Прочность бетона зависит от количества контактов между частицами заполнителей, количества цемента и консистенции цементного теста.

Консистенция цементного теста для крупнопористых бето­ нов характеризуется значением В/Ц, при котором тесто до­ статочно подвижно для обволакивания поверхности заполни­ теля при перемешивании смеси и в то же время не стекает с поверхности частиц заполнителя. Обычно В/Ц принимают в

0,45—0,65.

Подбор состава бетона лучше производить опытным путем, делая замесы с разными количествами цемента и разными В/Ц и изготовляя и испытывая образцы бетонов. По резуль-. тэтам испытаний устанавливают оптимальный состав бетона.

Практически крупнопористые бетоны на плотных заполни­ телях имеют объемный вес от 4500 до 1900 кг/м3 при прочнос­ ти 15—75 кГ/см2 и морозостойкости 15—25 циклов. ‘

Экономичность крупнопористых бетонов по расходу це­ мента, с одной стороны, и невысокие технические свойства, с другой, определяют его применение для неответственных со­ оружений в основном в сельском строительстве. Крупнопо­ ристый бетон применяют как для строительства набивных

274

стен в опалубке, так и для производства крупных блоков в сборном строительстве. Стеновые конструкции из крупнопо­ ристых бетонов продуваются ветром и разрушаются при гзоздимо-сти, что необходимо учитывать при их использова­ нии (устройство двусторонней штукатурки, пробок и т. д.).

Более эффективно применение в строительстве крупнопо­ ристых бетонов на облегченных и легких заполнителях, как естественных, так и искусственных. Крупнопористые легкие бетоны характеризуются объемным весом в 500—1000 кг/м3 к прочностью при сжатии до 50 кГ/см2 и используются при про­ изводстве крупных стеновых и теплоизоляционных бло­

ков.

Весьма перспективны бетоны на пористых заполнителях с поризованным цементным камнем, технология производства которых разрабатывается в последние годы Г. А. Бужевичем, В. Г. Довжиком и др. Эти бетоны занимают промежуточное место между ячеистыми и легкими бетонами слитной струк­ туры.

,'Поризация легкобетонной смеси может проводиться введе­ нием в нее воздухововлекающих добавок ЦНИПС-1, GHB и др. (объем вовлеченного воздуха в бетон составляет 3—12%), а также пеной или газом (объем вовлеченного воздуха дости­

гает 25%).

Пеной поризуются только беспесчаные легкобетонные сме­ си, так как песок разрушает структуру пены. В качестве пе­ нообразователей применяют те же составы, что и для произ­ водства ячеистых бетонов. Для уменьшения расхода цемента в смесь вводят молотые кремнеземистые добавки. Техноло­ гически пенопоризованный легкий бетон может приготовлять­ ся двумя способами: смешением пенобетонной смеси с порис­ тым заполнителем либо смешением беспесчаной легкобетон­ ной смеси с пеной. Пенолегкобетонные смеси характеризуются высокой подвижностью, нерасслаиваемостью и могут наибо­ лее целесообразно использоваться для изготовления стено­ вых панелей в вертикальных кассетах.

Газом поризуют как песчаные, так и беспесчаные легкобетонные смеси. В качестве поризаторов могут применяться 1 обычные газообразующие добавки — алюминиевая пудра или пергидроль. Технология вспучивания легкобетонной смеси в основном не отличается от технологии производства газобе­

тона.

Поризация цементного камня в легком бетоне позволяет приблизить упруго-пластичные свойства цементного камня к

277

те, аглопорите, перлите, термозите. Однако эти виды силикат­ ных бетонов не имеют технико-экономических преимуществ перед цементными и распространения не получили.

Из ячеистых силикатных бетонов наиболее широко исполь­ зуются газосиликатные с применением алюминиевой пудры, изготовление которых в отдельных случаях целесообразнее, чем газобетонных. Применение известково-кремнеземистого вяжущего на молотой кипелке позволяет в широком диапазо­ не регулировать процесс газовыделения и структурно-меха­ нические свойства вспучиваемой массы, а также обеспечивать быстрый набор необходимой прочности изделия ,еще до авто­ клавной обработки вследствие гидратационного твердения молотой кипелки.

Прочность и другие технические свойства силикатных бе­ тонов примерно такие же, как цементных бетонов, а себестои­ мость силикатобетонных изделий в большинстве случаев на 10—20% ниже, чем цементобетонных, что позволяет рассмат­ ривать их как перспективный для сборного строительства вид материала.

II. ПРОЦЕССЫ АВТОКЛАВНОГО ТВЕРДЕНИЯ СИЛИКАТНЫХ БЕТОНОВ

Химизм процессов твердения известково-кремнеземистого вяжущего в автоклаве сходен с твердением известково-пуц- цолановых цементов при обычных температурах.

Давление пара в автоклаве необходимо для сохранения при повышенной температуре водной фазы, в которой проис­ ходят растворение кристаллического кварца и реакции син­ теза гидросиликатов при взаимодействии его с известью.

' Растворимость кварца в воде при обычных температурах крайне незначительна и составляет 0,00007 г/л и увеличива­ ется в щелочной среде и при повышении температуры; при температурах выше 150° она рёзко возрастает и составляет при 160° 0,07 г/л, а при 200° 0,24 г/л.

Растворение кремнезема в воде связано с гидратацией н деполимеризацией кварца, что в общем виде может быть представлено реакцией

Si0 2+ 2H20 = S i( 0 H)4,

которая значительно усиливается в щелочной среде и трак­ туется как нуклеофильная коррозия кремния ионами ОН- . В результате атомы кремния как на поверхности твердой фа-

278

Рис. 87. Синтез гидросиликатов кальция при запарке извест ково-кремнеземистого вяжущего.

зы, так и в растворе оказываются насыщенными ОН-группа- ми, образуя соединения типа поликрем,невых кислот (рис. 87).

Растворимости извести в воде при нормальных условиях составляет около 1,2 г/л и падает с повышением температуры.

279

При температуре 150° растворимость извести 0,17 г/л, а при

.190° 0,08 г/л. Ионы кальция вступают в обменную реакцию с водородом поликремневых кислот, образуя гидросиликаты кальция, основность которых определяется концентрацией растворенных веществ.

По современным воззрениям, основное количество гидро­ силикатов кальция синтезируется в растворе, но не исключе­ на возможность и топохимических реакций на поверхностях твердых фаз.

Теория автоклавного твердения силикатных бетонов была разработана А. В. Волженским и получила дальнейшее раз­ витие в работах К. Э. Горяйнова, С. А. Миронова, П. П. Буд­ никова и Ю. М. Бутта.

А. В. Волженский в процессе автоклавной обработки (за­ паривании) силикатных бетонов различает три стадии. Перг вая стадия начинается с момента впуска пара в автоклав к заканчивается при достижении заданного давления пара и соответствующей ему температуре в автоклаве и в теле сфор­ мованного бетонного изделия. Вторая стадия характеризуется постоянством давлений и температуры в автоклаве и изделии. Третья стадия начинается с момента прекращения доступа пара в автоклав и включает время остывания изделий до мо­ мента их извлечения из автоклава.

Первая стадия ■запаривания. Обычно при впуске пара из автоклава удаляют воздух, так как при достижении заданно­ го давления в автоклаве температура пара будет на 5—8° ниже расчетной из-за того, что фиксируемое манометрами давление в автоклаве включает в себя и парциальное давле­ ние воздуха.

Пар, впускаемый в автоклав с отформованными изделия­ ми, начинает охлаждаться и конденсироваться от соприкос­ новения с .ними и холодным оборудованием.

С подъемом давления увеличивается количество пара, проникающего в мельчайшие поры материала и конденсирую­ щегося в них. В результате к воде, имеющейся в порах изде­ лия, добавляется конденсационная вода, растворяющая до­ полнительные количества окиси кальция.

Нагревание изделий производится передачей тепла с по­ верхности изделия внутрь в силу их теплопроводности и за счет тепла, освобождающегося при конденсации пара, прони­ кающего внутрь изделия.

Уже при достижении температур 60—80° начинаются ре-, акции образования гидросиликатов (предположительно топо-

280

химические), которые наиболее интенсивно развиваются после достижения температур 120—150°. Необходимо отметить, что ощутимое растворение кремнезема начинается именно при этих температурах и реакции синтеза гидросиликатов идут уже в основном в растворе.

Вначале, при избытке извести в растворе, образуются двухосновные гидросиликаты; с повышением температуры и, следовательно, с уменьшением концентрации извести в раст­ воре протекают реакции образования малоосновных гидро­

силикатов.

При нагреве изделий в них развиваются также деструк­ тивные процессы вследствие неравномерности теплового рас­ ширения составляющих бетона. Кроме того, на первой стадии запаривания ввиду неизбежной разницы температур внешних и внутренних слоев запариваемых изделий возникают значи­ тельные температурные напряжения, величина которых зави­ сит от массивности изделий, теплопроводности материала и характеристики его пористости. Эти напряжения могут уси­ лить деструкции в бетоне и вызвать значительное снижение его прочности.

Наибольшие деструктивные изменения в бетоне наблю­ даются в интервале температур 40—100°; при достижении температуры около 100° бетон уже достаточно упрочняется, деструкции необратимо фиксируются и при дальнейшем подъеме температуры не увеличиваются.

Снизить температурные деструкции в бетоне можно при­ меняя закрытые формы, что, однако, технологически невы­ годно. Более реально предварительное упрочнение бетона. Эти мероприятия сводятся к предварительному выдержива­ нию изделий, применению медленных и ступенчатых режимов подъема температуры, введению ускорителей твердения и др.' и были рассмотрены в разделе тепловой обработки цемент­ ных бетонов.

Вторая стадия запаривания. Эта стадия характеризуется установившейся температурой процесса и интенсивным нарас­ танием количества новообразований, которые фиксируют структуру бетона, сложившуюся в первой стадии. Равенство температур и давлений в автоклаве и бетоне на этой стадии1

1 Предварительное выдерживание изделий должно производиться до набора бетоном «критической» прочности (6—й 1 кГ/см) , что приемлемо для цементных бетонов и силикатных бетонов только на молотой кипелке.

281

исключает возможность физических деструктивных процессов в изделии, но они могут появиться вследствие колебаний дав­ ления и температуры при недостаточном техническом конт­ роле.

На этой стадии образуются только низкоосновные гидросиликаты кальция, группы CSH(B), а также тобермориг C5S6H5 и ксонотлит C3S3H. Появившиеся ранее высокоосновиые гидросиликаты гидролизуются и переходят в менее ос­ новные.

Характер и кинетика этих процессов зависят от соотноше­ ния извести и кремнезема в составе вяжущего и удельных поверхностей твердых фаз.

Если известь имеется в избытке, то высокоосновные гид­ росиликаты кальция, образовавшиеся на первой стадии запаривания, создают на зернах кварца плотные пленки, за­ трудняющие доступ воды к поверхности кремнезема, и основ­ ность гидросиликатов не меняется.

Если же поверхность кварца достаточно велика, то высо­ коосновные силикаты в начальной стадии процесса не успе­ вают закрыть доступ воде к поверхности кварцевых зерен, в раствор поступают все новые порции кремнезема, реагирую­ щие с известью. Когда известь полностью свяжется е кремне­ земом, начнется гидролиз высокоосновных силикатов с обра­ зованием менее основных. В этом случае цементирующие вещества полностью представлены низкоосновными гидроси­ ликатами кальция; однако избыток в растворе кремнезема, не обладающего цементирующими свойствами, может отри­ цательно сказаться на прочности бетона.

Малорастворимые гидросиликаты кальция образуются первоначально в виде дисперсных субмикроскопических кол­ лоидных масс преимущественно на поверхностях песчинок вследствие того, что коэффициент диффузии молекул гидра­ тированного кремнезема значительно меньше,- чем коэффи­ циент гидрата окиси кальция.

С течением процесса запаривания частички кремнезема будут как бы «набухать» .за счет возникновения на них все новых и новых слоев гидросиликатов кальция, которые со временем соединятся в сплошную сетку, связывающую в об­ щее целое все частицы вяжущего и заполнителя.

Естественно, чем плотнее, кремнеземистый скелет силикат­ ного бетона, тем меньше понадобится новообразований для его связи и тем скорее будет достигнуто затвердевание бето­ на. Кроме того, с уменьшением толщины цементирующего

282