Выбор цемента для производства легких бетонов и способы устранения возможных дефектов полистиролбетона

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.

01.eps
Рис. 1. Виды легких бетонов

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

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

%

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).

101.tif
Фото 1. Вспучившийся бетон
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!

missing image file

AKKERMANN бетон
Тел.: 8(800) 550-56-02, доб. 2
info@akkermann.ru