Пенобетон сегодня широко используется в строительной индустрии. Возможность получить требуемый удельный вес, заданную прочность, необходимую теплопроводность, нужную форму и объем делают его привлекательным для изготовления широкой номенклатуры строительных изделий. Сегодня объемы производства и сферы применения этого материала постоянно растут.
Состав и особенности производства.
Пенобетон создается вовлечением множества микропузырьков воздуха в цементную смесь, что достигается смешиванием концентрированного пенообразующего химиката с водой и генерированием пены с использованием сжатого воздуха. Для достижения оптимальных результатов применяется аэратор. После этого пена смешивается с цементной смесью (песок, цемент, вода) с помощью обычных бетономешалок. Можно добавлять пену и в обычную бетонную смесь. Добавление до 10% пенообразующего химиката в нормальный тяжелый бетон дает:
- уменьшение плотности,
- уменьшение стоимости,
- устранение водоотделения,
- возможность ровного оштукатуривания поверхности,
- возможность без проблем перекачивать смесь даже при холодной погоде,
- сохранение характеристик при замораживании, оттаивании.
Для улучшения характеристик в бетонную смесь могут вводиться вермикулит, керамзит, пенопласт, полипропилен и др. материалы. Из-за высокой плотности смеси цемента, воды и пены легкие заполнители могут использоваться без опасности всплывания при вибрации. Включение таких заполнителей определяется технико-экономическим обоснованием и требуемыми конечными характеристиками продукта. Количество воды, добавляемой в смесь, зависит от влажности песка, но средний уровень обычно 40-45 л на каждые 100 кг цемента. Дополнительная вода добавляется обычно с пеной, в результате водоцементное отношение повышается до 0,6. Водоцементное соотношение должно сохраняться настолько низким, насколько это возможно, чтобы избежать дополнительной усадки в формах. Вода, песок, цемент добавляются в смеситель в обычном порядке и хорошо перемешиваются до однородного раствора перед добавлением пены. Получаемый пенобетон по основным качествам подобен обычному плотному тяжелому бетону. Кроме того, стены из пенобетона создают в помещении благоприятный микроклимат, хорошо сохраняют тепло, обеспечивают надежную звукоизоляцию. Благодаря своей структуре пенобетон может использоваться без последующей отделки. Создание производственных мощностей для производства пенобетона привлекательно низкими инвестициями и их быстрым возвращением. По существу, они эквивалентны инвестициям, требуемым для создания завода по производству панелей и блоков из тяжелого бетона. При необходимости прочность пенобетона может быть увеличена. Для этого применяются следующие методы:
- выдерживание на воздухе
Наиболее доступный метод. Это медленная система выдерживания, которая допускает оборот форм каждые 24 ч в среднем, в зависимости от окружающей температуры. Основным недостатком является значительное увеличение длительности производственного процесса.
- пропаривание
Когда сборные панели и плиты из легкого бетона изготавливаются в заводских условиях, то, чтобы получить относительно быстрый оборот форм, можно применять пропаривание днища форм с уложенными панелями. Это вызывает повышение температуры в бетоне и увеличение прочности.
Пропаривание от днища необходимо, чтобы избежать накопления в формирующихся ячейках сжатого воздуха с избыточным давлением, способным сломать оболочку цемента вокруг ячейки. В тяжелом бетоне этого не происходит, так как при увеличении температуры в верхней поверхности цемент уже приобрел достаточную прочность, чтобы противостоять ячейкам, взрывающимся от сжатого воздуха в верхних слоях панели или плиты.
В зависимости от типа цемента, используемого в смеси, пропаривание должно начинаться не раньше чем через пять часов после укладки, и температура не должна превышать 70°C. Объем пропаривания зависит от климата, но, как правило, длится по режиму 2+4+2 часов.
- выдерживание в автоклаве
Эффективный, но наиболее дорогой способ пропаривания при высоком давлении. Стоимость такой операции весьма высока, однако возможна и некоторая экономия, если в смеси заменить до 1/3 цемента кремнеземистой пылью или золой, которые реагируют с цементом при нагреве и давлении, чтобы получить лучший результат, чем при другом методе выдерживания.
После того как бетон укладывается в формы, они закрываются в автоклаве и температура повышается до 185°C в течение 3 ч. В это же время давление повышается до 1 МПа. В зависимости от природы компонентов смеси обычно выдерживаются при максимальном давлении пять или семь часов, после чего пар удаляется при одновременном уменьшении давления до атмосферного за 10-15 мин. Как только дверь автоклава будет открыта и продукция охладится, она готова к употреблению.
Свойства легкого бетона
Для пенобетона, подобно всем цементным материалам, характерно явление усадки во время укладки. Степень усадки зависит от разных факторов, таких, как тип цемента, метод выдерживания, размер и качество песка, количество цемента в смеси, плотность бетона и водоцементное соотношение.
Основная усадка происходит в течение первых 30 дней, после чего она незначительна. В течении этого срока, если условия изготовления бетона соблюдаются, усадка обычно ниже 0,1%. Очень часто появление трещин в стенах, вызываемое перемещениями основания, относят на счет усадки. Однако если трещина образовалась через 30 дней после укладки бетона, следует искать другие причины.
- пределы прочности
На пределы прочности при сжатии пенобетона влияют многие факторы, такие, как плотность, возраст, влажность, физические и химические характеристики компонентов смеси и их пропорции. Следовательно, желательно составы смеси, тип цемента и песка или других наполнителей держать постоянными.
Предел прочности при сжатии с течением времени увеличивается из-за реакции с CO2, присутствующим в окружающем воздухе. Методы увеличения прочности изложены выше.
- предел прочности на растяжение
В зависимости от метода выдерживания предел прочности на растяжение пенобетона может составлять 0,25 от предела прочности при сжатии с продольной деформацией около 0,1%.
- предел прочности при сдвиге
Предел прочности при сдвиге отличается на 6-10% от предела прочности при сжатии. Сдвигающие нагрузки возникают довольно редко.
- противопожарная стойкость
Высокая противопожарная стойкость делает пенобетон привлекательным материалом при возведении огнестойких конструкций (склады горючеопасных материалов и т.д.). При воздействии интенсивной теплоты типа паяльной лампы на поверхность пенобетона он не расщепляется и не взрывается, как это происходит с тяжелым бетоном. В результате этого арматура более долгое время защищена от нагревания.
Тесты показывают, что пенобетон толщиной 150 мм защищает от пожара в течение 4 часов. На испытаниях проведенных в Австралии, наружная сторона панели из пенобетона толщиной 150 мм была подвергнута нагреванию до 1200°C, а внутренняя нагрелась только до 46°C после 5 часов испытания. Требования некоторых стандартов в разных странах по огнестойкости при 4 часовых испытаниях следующие: Италия 133 мм, Новая Зеландия 133 мм, Австралия (EBRS-Ryde) 105 мм. Все тесты, и Австралийские и международные показывают, что пенобетон превосходит нормальный бетон. Даже при меньшей толщине пенобетон не будет гореть, расщепляться или выделять отравляющие газы, пары или дым.
- акустика
Пенобетон обладает хорошими звукопоглощающими свойствами, в отличие от стен из тяжелого бетона или кирпича. Его характеристики в этом отношении могут быть дополнительно улучшены путем оштукатуривания и окрашивания. Поэтому он часто используется как звукоизолирующий слой на плитах конструкционного бетона, чтобы ограничить шумовое пропускание перекрытий в многоэтажных жилых домах.
- теплоизоляция
Из-за ячеистой структуры пенобетон имеет очень низкую теплопередачу. Это означает, что в большинстве случаев использование дополнительной изоляции в полах и стенах не нужно.
Преимущества использования пенобетона при строительстве.
- Легкий пенобетон имеет хорошую механическую прочность наряду с высокими показателями изоляции при широкой амплитуде плотности
- Низкая цена пенобетона по сравнению с другими материалами
- Хорошие характеристики теплоизоляции дают преимущества в экономии энергии, при эксплуатации (обогреве и кондиционировании воздуха).
- С легкими композитными пенобетонами более низкие затраты на строительство, более эффективные строительные проекты.
- Обработка и перевозка автотранспортом стоят очень мало.
- Вес бетона меньше от 10 % до 87 % по сравнению со стандартным тяжелым бетоном в зависимости от составов смеси и материалов.
- Значительное снижение веса приводит к сбережениям в каркасах конструкций, опорах или сваях. Такие сбережения часто кратны фактической стоимости материала.
- Экономия на перевозке, снижение требуемой грузоподъемности подъемного крана и снижение трудовых ресурсов.
- Использование легкого пенобетона в сборном или оболочечном строительстве требует кран меньшей грузоподъемности, минимальных усилий при монтаже. Легкий пенобетон можно пилить ручной пилой, обтесывать и забивать гвозди.
- Легкий пенобетон чрезвычайно легок при разравнивании и его можно использовать как покрытие толщиной до 40 мм