Газобетоном называют искусственный стройматериал с пористой структурой. Он состоит из отвердевшей вяжущей основы (либо смеси вяжущего с наполнителем), внутри которой равномерно распределены воздушные поры.
История развития направления
Впервые подобные материалы появились в конце XIX столетия, а их промышленный выпуск стартовал в 1920-х годах. Шведские инженеры в 1924 году внедрили методику изготовления газобетона на базе цемента, извести и особых добавок, применяя алюминиевую пудру в роли порообразователя. Чуть позже датские специалисты разработали пенобетон. Уже к 1930-м были освоены рецептуры с добавлением молотого кварца и извести, твердеющие в автоклавах.
В Советском Союзе планомерные научные изыскания стартовали в 1928 году. В начале 30-х в стройке начали использовать неавтоклавный пенобетон. Позднее ассортимент изделий значительно расширился. Первые специализированные предприятия были запущены в 1939–1940 гг. В послевоенные годы стартовал выпуск пеносиликата, а в 1953–1955 гг. промышленность перешла на крупноформатные элементы для жилищного и индустриального возведения объектов. Первоуральский завод стал пионером по выпуску таких крупногабаритных пенобетонных изделий. К 1958 году в стране действовало свыше полусотни соответствующих производств, а ежегодный объем продукции приближался к 100 тысячам кубометров. Позже заработали гиганты мощностью 30, 60 и 180 тыс. м³.
Многообразие классификаций
Существует масса разновидностей ячеистых бетонов. Главное их различие - метод порообразования. Выделяют газобетоны и пенобетоны. Пористость также достигается испарением излишней влаги.
По типу вяжущего компонента составы делят на:
-
Цементные (газо- и пенобетон);
-
На известковой основе (газо- и пеносиликат);
-
На магнезиальном связующем (газо- и пеномагнезит);
-
На гипсовой основе (газо- и пеногипс).
При этом термины «пенобетон» и «газобетон» часто применяют расширительно, не акцентируя внимание на типе вяжущего. Пористые бетоны можно представить как классический раствор, где роль крупного и отчасти мелкого наполнителя играют воздушные пузырьки. Если в смесь вводят легкие заполнители (перлит, керамзит, вермикулит и др.), материал называют ячеистолегким.
По режиму твердения различают составы:
-
Естественного набора прочности (в обычной атмосфере);
-
Искусственного твердения (с термообработкой). Последний вариант делят на автоклавный (давление пара > 1 ат, температура > 100°C) и неавтоклавный (среда с параметрами ниже указанных).
Также выпускают неармированные и армированные изделия (для усиления несущей способности). По функциям бетоны делят на сугубо теплоизоляционные и конструкционно-теплоизоляционные.
Теплоизоляционные виды отличает небольшая плотность (до 1000 кг/м³), низкая теплопроводность и приемлемая прочность. Из них производят: стеновые панели и блоки, плиты для кровель, сегменты для изоляции труб, утепляющие элементы. Номенклатура размеров обширна, форма бывает полнотелой или с пустотами.
Физико-механические показатели
Свойства финального продукта варьируются от методики создания пор, их структуры (замкнутые или открытые), равномерности распределения, природы связующего, влажности и технологических нюансов.
Однако есть общие правила. Теплопроводность коррелирует прежде всего с объемной массой, а не с типом вяжущего или способом твердения. Структура стенок пор (цементный камень или близкий к нему силикат) у всех видов схожа, поэтому главенствует фактор пористости.
Прочностные параметры, наоборот, сильно зависят от вяжущего и режима набора прочности. Лидируют по этому показателю автоклавные образцы: их прочность превосходит аналоги естественного твердения в 8–10 раз.
Ключевое влияние на качество цементной матрицы оказывает количество воды в замесе (В/Т). Для гидратации цемента нужно всего 15–20% жидкости от его массы, излишек же создает прослойки и пустоты после высыхания. С ростом В/Т прочность падает. Аналогичная логика справедлива для любого связующего. Снизить негативный эффект помогает вибрация смеси (она увеличивает текучесть) и армирование стальными каркасами (позволяет достичь прочности 75 кгс/см² и выше).
Теплофизика, усадка и термостойкость
Теплотехника таких бетонов критически зависит от влажности, поэтому водопоглощение - их важнейшая характеристика. Составы на портландцементе впитывают воду меньше, чем варианты на извести, магнезите или гипсе. Из-за высокой гигроскопичности газо- и пеносиликаты применяют в среде с влажностью не более 50%, а пеногипс допустим лишь в сухих местах.
Усадка также является значимым свойством. Неавтоклавные изделия демонстрируют гораздо большую деформацию усадки, в то время как автоклавные, а также пеногипс и пеномагнезит почти не меняются в объеме.
Огнестойкость пористых бетонов умеренная:
-
Цементные и силикатные виды (автоклавные и нет) держат до 300–400°C. Выше начинается распад гидратов, резко падает прочность.
-
Для газо- и пеносиликатов критической точкой является 575°C из-за структурного перехода кварца и его объемного расширения.
-
Пеномагнезит деградирует свыше 350°C.
-
Пеногипс не применяют при нагреве выше 50–60°C из-за потери кристаллизационной воды.
Для зон с нагревом 400–700°C созданы особые жаростойкие пенобетоны на цементе с золой-уноса.
Производство неавтоклавного пенобетона
Этот метод подкупает несложным оборудованием и возможностью организации выпуска как на заводе, так и на полигоне.
Последовательность операций:
-
Приготовление раствора пенообразователя и взбивание стойкой пены.
-
Затворение цементного теста (или раствора с наполнителем).
-
Соединение пены с цементной пастой в смесителе.
-
Формовка и набор прочности.
Вяжущее - портландцемент (можно пуццолановый) с маркой от М400. Более слабый цемент не даст нужной прочности, а перерасход вяжущего сделает материал тяжелее. Шлакопортландцемент недопустим из-за большой усадки сырой массы.
Масса кубометра пенобетона фактически равна массе цементного камня (вес воздуха не учитывают). Воду берут чистую, без масел, жиров и избытка солей кальция, правильно рассчитывая водоцементное соотношение для подвижности массы.
Пену делают на основе клееканифольных, алюмосульфонафтеновых составов или гидролизата крови. Применяются трехбарабанные мешалки; полный цикл замеса длится около 6 минут. Смесь развозят кюбелем к месту заливки. Для вызревания требуются плюсовая температура и влажность, в жару изделия увлажняют.
Минусы: большой расход цемента, склонность к трещинам из-за усадки и долгое твердение.
Особенности технологии газобетона
Здесь поры создаются химической реакцией с выделением водорода.
Требования к цементу специфичны: рН теста не ниже 12 (содержание щелочей Na₂O и K₂O — не менее 75 мг на литр раствора). При низкой щелочности вводят известь или NaOH.
Известь должна быть активной (CaO+MgO > 75%), с содержанием MgO не более 1,5%. Её добавка снижает расход цемента и обеспечивает реакцию: *3Ca(OH)₂ + 2Al + 6H₂O = 3CaO·Al₂O₃·6H₂O + 3H₂*.
Кремнеземистый компонент - чистый кварцевый песок (SiO₂ > 80%, без глины и органики) или зола-унос (SiO₂ > 55%, минимум серы и углерода). Газообразователь — алюминиевый порошок (чистота 96–98%), используются марки ПАК-2 или ПАК-3. Частицы пудры из-за парафиновой пленки не смачиваются водой, поэтому перед введением в замес пудру прокаливают (до 200°C) или используют эмульсии для снятия натяжения. Расход на 1 м³: от 300 до 700 г.
Ключевой нюанс - синхронизация скорости газовыделения и набора структурной вязкости (газоудержания). Масса должна легко деформироваться, но быть достаточно связной, чтобы пузыри не лопались. Оптимальное водоцементное отношение лежит в пределах 0,40–0,55.
Технология предусматривает мокрый или сухой помол. Экономичнее мокрый способ: песок (часто с известью) мелют в шаровых мельницах с подогретой водой. Полученный шлам непрерывно мешают и барботируют в бассейнах, чтобы избежать осадка. Затем все компоненты (шлам, прогрев до 40–45°C, цемент и пудра) тщательно мешают 2–3 минуты в скоростной газобетономешалке и разливают в смазанные маслом формы на 2/3 высоты.
Вспучивание длится 30–40 минут в цехе с t° > 25°C без вибраций и толчков. Затем срезают «горбушку» и режут массив на изделия. Твердение ведут в автоклавах с ускоренным (3–4 часа) выходом на изотермический режим, после чего готовую продукцию остужают и отправляют на склад.