Материал: Поризованный бетон. структура и строительные-технические свойства. Славчева Г.С

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность внедрения в современную строительную практику поризо-

ванных бетонов требует специального внимания к вопросам их поведения при эксплуатационных воздействиях, к их долговечности.

При решении вопросов управления технологией строительных материалов требуется исходить из условий обеспечения строительно-технических свойств не только на момент изготовления, но и на протяжении всего периода эксплуатации. Другими словами, существует проблема сохранности и реализа-

ции того уровня конструкционных свойств материала, который был достигнут на технологической стадии жизненного цикла материала.

Изменение свойств – неизбежный и закономерный процесс, так как в результате эксплуатационных процессов в материале происходит преобразование его состава, структуры и состояния (термодинамического, напряженного, влажностного и др.). Именно поэтому при оценке поведения материала его состав,

структура, состояние и свойства должны рассматриваться изменяющимися во времени.

Реализация потенциала свойств строительных материалов, используемых в конструкциях, определяется динамикой и глубиной процессов, последствиями изменения их состояния при эксплуатации, то есть зависит, главным образом, от интенсивности их взаимодействия с эксплуатационной средой. Материал должен сниматься с технологической обработки и направляться на эксплуатацию с таким исходным состоянием структуры, при котором изменение его функциональных показателей за период эксплуатации не будет выходить за пределы, соответствующие требованиям надежной службы в строительной кон-

струкции.

В связи с указанным конструирование структур и получение материала должно не только обеспечивать требуемый уровень его свойств на момент изготовления, но и предопределять допустимую меру их изменения в условиях действия комплекса эксплуатационных факторов. Среди этих факторов для данной группы бетонов с развитой пористостью и цементирующим веществом,

сформировавшимся в условиях нормального твердения, критическими оказываются влажностные воздействия. Именно с ними связаны такие свойства и ха-

рактеристики, определяющие долговечность макропористыхбетонов, как усадка и морозостойкость, зависящие от параметров состояния структуры и соответствую-

щейинтенсивностипроцессов влагообмена сосредой.

6

Таким образом, актуальными оказываются вопросы, связанные с реализа-

цией строительно-технических свойств цементных поризованных бетонов в условиях изменения их влажностного состояния при эксплуатации. Рассмотрению данных вопросов в монографии уделено основное внимание и посвящено ее содержание.

В монографии представлены обобщенные материалы исследований, отражающие научную концепцию и экспериментальные результаты, раскры-

вающие вопросы реализации всего комплекса свойств цементных поризованных бетонов при изменении их влажностного состояния. В результате раскрываются количественные зависимости взаимосвязи меры изменения и реализации в различном влажностном состоянии основных свойств (прочно-

сти, величины деформаций, морозостойкости) цементных поризованных бетонов с характеристиками их твердой фазы и порового пространства. С ис-

пользованием полученных зависимостей осуществлено в монографии решение задачи конструирования конструкционного и конструкционно-

теплоизоляционного цементного поризованного бетона с задаваемыми свойствами; предлагается система рецептурно-технологических факторов полу-

чения материала на различных видах природного и техногенного сырья.

По результатам комплексной оценки строительно-технических свойств показано, что посредством регулирования строения цементных поризованных бетонов средней плотности 800÷1600 кг/м3 удается варьировать в широ-

ком диапазоне свойства, связанные с изменением влагосодержания и определяющие его долговечность - усадку, ползучесть, морозостойкость. Предло-

жены структуры бетонов, свойства которых отвечают нормативным требованиям. Следует подчеркнуть, что рекомендованные разновидности поризо-

ванных бетонов, получаемые в условиях естественного твердения, характеризуются величиной усадки не более 1 мм/м при обезвоживании от началь-

ного технологического до равновесного эксплуатационного влагосодержания. И это открывает им путь для использования в строительстве, так как именно эксплуатационная деформируемость и связанная с ней трещиностойкость в основном и определяют работоспособность неавтоклавных макропо-

ристых бетонов в строительных конструкциях.

Автор выражает признательность академику РААСН, доктору техниче-

ских наук, профессору Е.М. Чернышову за научные консультации при подготовке монографии; а также коллегам за сотрудничество в ходе комплексных ис-

следований проблем материаловедения и технологии поризованных бетонов.

7

1. ПОРИЗОВАННЫЙ БЕТОН - МАТЕРИАЛ ДЛЯ НОВЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

1.1. Поризованный бетон как разновидность макропористых бетонов

Всовременной номенклатуре бетонов с регулируемой плотностью класс макропористых бетонов отличается сегодня большим числом разновидностей:

по виду вяжущего (цементные, силикатные, на смешанных вяжущих);

по способу формирования макропористой структуры (пенобетоны, га-

зобетоны, аэрированные бетоны, поризованные бетоны);

по условиям организации процессов твердения (естественного тверде-

ния и твердеющих с применением тепловой обработки автоклавной и неавтоклавной);

по применению (от конструкционных до теплоизоляционных).

Впоследние два десятилетия внимание строителей привлекает новая перспективная разновидность макропористых бетонов, которую в рамках

сложившейся классификации можно определить как цементные поризован-

ные бетоны, получаемые воздухововлечением при перемешивании бетонной смеси и твердеющие без применения автоклавной обработки.

Развитие науки и практики макропористых (ячеистых) бетонов условно можно разделить на 4 этапа.

Первый этап охватывает 20 – 30-е годы двадцатого столетия, когда после изобретения материала накапливался первый опыт его практического применения. Был получен и внедрен в строительную практику цементный пенобетон естественного твердения средней плотности 400-500 кг/м3 (работы А.А. Брюшкова, Б.Н.Кауфмана, Н.А. Попова, В.В. Ризоватова); также были сделаны первые шаги по получению конструкционного пенобетона

(И.Т. Кудряшов, Н.Н. Лессинг). Однако из-за малой прочности и высокой усадочности пенобетоны в этот период не нашли сколько-нибудь широкого применения.

Второй этап относится к 50 – 60-м годам двадцатого столетия, когда были получены новые разновидности ячеистых бетонов и накоплен промышленный опыт их изготовления и эксплуатации. Данный этап материа-

ловедения и технологии макропористых бетонов характеризуется параллель-

8

ным развитием исследований автоклавных силикатных и неавтоклавных це-

ментных бетонов. Комплексные исследования, выполненные в вузах и отраслевых НИИ, позволили получить с использованием широкой гаммы сырья материалы с удовлетворительными физико-механическими свойствами. Были заложены основы управления структурой и свойствами этих бетонов (ра-

боты А.Т. Баранова 1 , Г.А. Бужевича 2 , П.И. Боженова 3 , А.В. Волжен-

ского 4 , М.Я. Кривицкого 5 , И.Т. Кудряшова 6 , Л.М. Розенфельда 7 ,

А.В. Саталкина 8 , М.С. Сатина 9 и др.), накоплен опыт их применения и эксплуатации.

Третий этап (70 – 80-е годы) характеризуется приоритетным развити-

ем научных исследований и началом массового заводского производства автоклавных силикатных и цементных ячеистых бетонов. Причиной приоста-

новки исследований и отказа от производства и применения неавтоклавных газо- и пенобетонов в конце 60-х – начале 70-х годов послужила неразрешен-

ность проблемы их эксплуатационной усадочности и трещиностойкости. Четвертый этап начался в 90-е годы прошлого века, когда в связи с

изменившейся экономической ситуацией вновь возник интерес к макропористым бетонам неавтоклавного твердения. Это было обусловлено следую-

щими причинами:

определенной ориентацией строительной отрасли на возведение мало-

этажных зданий, не только сборных, но и монолитных;

целесообразностью расширения использования местного природного сырья и материалов, утилизации техногенных отходов;

необходимостью радикальных измененийв потреблении энергоресурсов;

необходимостью применения относительно простых технологических решений, не требующих развитой производственной инфраструктры.

Врезультате активного развития исследований (работы А.С. Коломацкого, Е.В. Королева, В.С. Лесовика, Л.В. Моргун, Ю.В. Пухаренко, Г.П. Са-

харова, Е.С. Силаенкова Ш.М. Рахимбаева, Л.Д. Шаховой.,. В.И. Удачкина,

И.Б. Удачкина, Т.А. Уховой, В.Н. Ярмаковского 10-25 и др.) были получе-

ны новые модификации (новое поколение) цементных макропористых бето-

нов неавтоклавного твердения с удовлетворительным уровнем качества. Вследствие чего они начали занимать свою нишу в строительном комплексе.

Право же отнесения и принадлежность разрабатываемых и применяемых модификаций макропористых бетонов к новому поколению определяется сле-

дующими положениями:

9

1)это новая модификация известного материала (цементного пенобетона)

с более широкой областью применения (в том числе в монолитном строительстве);

2)это материал с новыми или нетрадиционными технологическими решениями его производства (способы подготовки сырья, поризации,

формования, организации процессов твердения и т.д.).

Коллективом ученых и специалистов ВГАСУ (Л.А. Астафьевой, А.В. Кры-

ловой, В.А. Коноплиным, Д.Н. Коротких, А.И. Макеевым, М.В. Новиковым, Н.Д.

Потамошневой, Г.С. Славчевой, В.В. Яковлевым 26, 27 ) под руководством Е.М. Чернышова решена научно-инженерная задача получения цементных поризованных бетонов нормального твердения на основе применения синтетиче-

ских ПАВ воздухововлекающего действия с использованием различных видов природного и техногенного сырья. Поскольку при получении поризованных бетонов воздухововлечением при перемешивании в присутствии добавок ПАВ не предъявляется специальных требований к химическому составу компонентов сырьевой смеси, то изготовление поризованных бетонов возможно с применением различных видов заполнителей и наполнителей. Ис-

пользование их для получения бетонов задаваемой средней плотности с нормируемыми прочностными и деформативными характеристиками главным образом определяется дисперсностью (табл. 1).

Таблица 1

Характеристика видов и свойств цементных поризованных бетонов

10