А.А. КОРОТКОВА, технический эксперт Группы технической поддержки продаж AKKERMANN cement

Опыт компании AKKERMANN cement в производстве различных видов бетонов, включая легкие, их физические и химические свойства, причины возникновения дефектов бетонов и способы их предотвращения стали темой данной статьи.

В настоящее время во всем мире наблюдается тенденция к снижению энергопотребления жилых зданий и производственных предприятий, что дает толчок к развитию энергосберегающих технологий. Одна из главных статей расходов в нашем климате – отопление. По этой причине разрабатываются новые материалы, которые позволяют строить теплые дома и утеплять имеющиеся. Широкую популярность получили легкие бетоны, которые имеют небольшую массу и стоимость в сравнении с тяжелыми бетонами, а также привлекательные конструкционные и теплоизоляционные характеристики.

Компания AKKERMANN cement обладает возможностью проведения экспертизы в производстве и применении цементов для гражданского и промышленного строительства в области энергоэффективности.

В традиционном понимании тяжелый бетон изготавливается с применением цемента, воды, крупного заполнителя, такого как щебень или гравий, а также легкого заполнителя, например песка. Цемент смешивают с водой, чтобы создать прочный каркас с заполнителями, стремясь к образованию наиболее плотной упаковки, благодаря которой бетон приобретает свою прочность и долговечность.

Как следует из названия, легкий бетон является облегченной версией традиционной бетонной смеси, обычно используемой строителями. Он производится путем смешения вместо крупного заполнителя пористого или теплоизоляционного заполнителя – например, керамзита, вспученного вермикулита или пенополистирола – с песком, цементом, водой и добавками, чтобы уменьшить общий вес бетона.

Конструкционный легкий бетон – универсальный материал, поскольку обладает рядом технических, экономических и экологических преимуществ.

В настоящее время конструкционный легкий бетон используется для снижения нагрузки здания и уменьшения площади поперечного сечения элементов конструкции. Таким образом, могут быть увеличены эффективные площади использования и пространства высотных и тяжелых зданий. Кроме того, конструкционный легкий бетон предпочтителен для производства и проектирования стеновых панелей, блоков и т.д. По всем этим причинам проектирование конструкционного легкого бетона является особенно востребованным в районах, подверженных риску землетрясения.

Одним из самых широко распространенных и долговечных материалов для строительства является пенополистиролбетон. Он представляет собой легкий строительный материал, сочетающий в себе хорошую механическую прочность с низкой теплопроводностью и простотой в работе. Это затвердевшая портландцементная паста или строительный раствор низкой плотности, содержащий большое количество пенополистирольных гранул, что придает ему тонкую ячеистую структуру. Состав пенополистиролбетона показан на рис. 2.

02.eps — Рис. 2. Состав пенополистиролбетона

В последние годы его использование во всем мире для снижения веса и улучшения теплоизоляционных свойств сборных железобетонных конструкций возросло. Идея добавления пенополистирола к цементному раствору, строительному раствору или мелкозернистому бетону не нова, но разработка оборудования, позволяющего экономически эффективно это делать в небольших или больших количествах, является относительно новой. Разработка составляющих материалов, методов производства и применения пенополистиролбетона привели к растущему интересу в использовании его свойств в различных областях строительства. Технологическая схема производства дана на рис. 3.

03.eps — Рис. 3. Технологическая схема производства полистиролбетона

Портландцемент является основным вяжущим материалом для производства пенополистиролбетона, причем может использоваться как добавочный, так и бездобавочный цемент. При применении портландцемента с содержанием активных минеральных добавок – основных компонентов цемента, например с добавкой-наполнителем известняком, необходимо также добавление в смесь измельченного пуццоланового материала, такого как доменный шлак, обожженная глина или сланец, диатомит или дробленый кирпич, в пропорции до 25% от массы цемента. Кроме того, для ускорения твердения блоков при нормальной температуре необходимо применять цемент с как можно меньшими сроками схватывания (разница между началом и концом схватывания не более 50 минут). Характеристики портландцемента представлены в табл. 1. Пенополистиролбетон с плотностью менее 500 кг/м3 изготавливается из чистого цемента, но когда требуется более плотный бетон, в смесь включаются минеральные добавки – заменители цемента. Примерами подходящих заменителей являются каменная пыль, кирпичная пыль, гранулированные шлаки, летучая зола. Для получения однородных бетонов с низкой плотностью песок должен иметь частицы одинакового размера. Для более низких плотностей он может быть относительно мелким (полный остаток на сите с ячейкой 0,63 мм – от 10 до 30%). Более крупный песок неравномерно оседает в бетонной смеси для производства легкого бетона, поэтому его предпочтительнее использовать в смеси высокой плотности.

Табл. 1. Химические и физические свойства портландцемента для применения в легком бетоне

* Потери при прокаливании

SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	SO₃	ппп*	Удельная поверхность (по Блейну), см²/г
%							Удельная поверхность (по Блейну), см²/г
17-22	4-6	2-5	60-66	<5	<4	<5	≥3300

AKKERMANN cement на базе собственных цементных лабораторий в г. Новотроицке и г. Горнозаводске, на предприятиях, специализирующихся на выпуске продукции из разных видов легких и поризованных бетонов (пенополистиролбетоны, газо- и пенобетоны), проводит исследования влияния заполнителей на химические и физические свойства и изучает вопросы, связанные с появлением дефектов в готовой продукции и способов их устранения.

Нередко при изготовлении полистиролбетона возникают различные виды дефектов при его твердении и распалубке. Это поверхностные трещины или вспучивания плит (фото 1, 2).

102.tif — Фото 2. Продольная трещина по ребру плиты

Возможными причинами данных дефектов являются:

1. Саморазогрев пенополистиролбетона и вспучивание пенополистирольных гранул за счет повышенной температуры смеси. Может происходить за счет относительно большого расхода цемента при отсутствии минерального заполнителя и низкой теплопроводности легкого бетона. Теоретически при повышенной температуре цемента (и бетонной смеси) и «недовспученном» пенополистироле такое разрушение могло произойти. По такому механизму разрывы бетона и трещины должны были образоваться ближе к середине изделия, что наблюдается на фото (см. фото 2).

2. Ускорение реакции гидратации за счет высокой прочности цемента в начальный период твердения (2 сут.) и высокого содержания С3А.

3. Неравномерность изменения объема в цементе за счет высокого содержания оксида магния MgO.

Для предотвращения вышеуказанных дефектов необходимы следующие мероприятия:

1. Снижение расхода цемента вследствие его высокой гидравлической активности и повышенного тепловыделения в толще бетона, повышение водоцементного соотношения для сохранения общего объема бетонной смеси для укладки в формы по формуле абсолютного объема материалов.

2. Контроль вспученности полистиролбетонных гранул методом определения их объемного веса во вспученном состоянии (не менее 10 кг/м³).

3. Тщательный контроль температуры бетонной смеси.

4. Применение цемента с минеральными добавками.

Широкая линейка цементов AKKERMANN позволяет удовлетворить потребности предприятий по производству как легких, так и тяжелых бетонов.

Помимо общестроительных, заводы компании производят также специальные виды цементов:

– ПЦ 500 Д0Н ГОСТ 10178-85 – портландцемент на основе клинкера нормированного состава для использования в бетонах дорожных и аэродромных покрытий, железобетонных напорных и безнапорных трубах, железобетонных шпалах, мостовых конструкциях, стоках опор высоковольтных линий электропередачи, контактной сети железнодорожного транспорта и освещения;

– ЦЕМ I 42,5Н ДП ГОСТ 33174-2014 – портландцемент для бетона дорожных и аэродромных покрытий ДП, типа ЦЕМ I, класса прочности 42,5, нормальнотвердеющий. Применяется для производства бетона для дорожных и аэродромных покрытий, производства мостовых конструкций для транспортного строительства;

– ЦЕМ III/А 32,5Н СС ГОСТ 22266-2013 – сульфатостойкий портландцемент с содержанием шлака от 36% до 65%, класса прочности 32,5, нормальнотвердеющий. Сульфатостойкий шлакопортландцемент обладает повышенной сульфатостойкостью и пониженной экзотермией, т.е. качествами, необходимыми при изготовлении бетонов для отдельных зон гидротехнических и иных сооружений, работающих в условиях сульфатной агрессии.

Выбор цементов AKKERMANN для строительства – это гарантированная прочность и долговечность изделий и конструкций!