CC BY
0А.И. Савенков, канд. техн. наук, доц., e-mail: savenkov_andrey@mail.ru А.А. Баранова, ст. преподаватель, e-mail: baranova2012aa@mail.ru Ангарская государственная техническая академия, г. Ангарск
УДК 693.542
ПЕНОБЕТОН ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЛАСТИФИКАТОРОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
Изложены результаты исследования влияния пластифицирующих добавок на подвижность цементного теста и прочность неавтоклавного пенобетона.
Ключевые слова: гиперпластификатор, суперпластификатор, цементное тесто, прочность, неавтоклавный пенобетон.
A.I. Savenkov, Cand. Sc. Engineering, Assoc. Prof.
A.A. Baranova, Senior Teacher
HEAT-INSULATING FOAM CONCRETE USING NEW GENERATION PLASTICIZERS
The article reveals the results of the research of plasticizers influence on the fluidity of cement paste and strength of non-autoclaved foam concrete.
Key words: hyperplasticizer, superplasticizer, cement paste, durability, non-autoclaved foam concrete.
В условиях перехода на монолитное и малоэтажное коттеджное строительство стеновые изделия из ячеистых бетонов являются реальной альтернативой другим стеновым тепло-эффективным материалам. К преимуществам неавтоклавных пенобетонов можно отнести то, что они имеют более низкое водопоглощение, характеризуются сравнительно малыми затратами на производство. Неавтоклавный пенобетон со временем продолжает набирать свою прочность, в отличие от автоклавного. Наиболее распространен классический метод производства пенобетона, при котором цементный раствор смешивается с приготовленной пеной.
Несмотря на все свои положительные качества, неавтоклавные пенобетоны характеризуются рядом недостатков, которые желательно устранить или хотя бы уменьшить их влияние. Формирование пористой структуры происходит за счет массопереноса цементного раствора в готовую пену. При этом ПАВ неизбежно оказывается в составе твердеющего массива пенобетона. Поэтому пенобетону присущи: замедленный (на 20-30 %) рост прочности; невозможность эффективного ускоренного подогрева сырца из-за разрушения пеномассы; проседание верхнего слоя залитого при формировании изделия (до 10 %); образование на поверхности изделий или массивов легко отслаиваемой корки, которая затрудняет дальнейшую отделку [1]. Кроме того, замедленное схватывание сырца приводит к изменению плотности по высоте изделия, что способствует развитию деструктивных процессов в массиве пенобетона. Следствием указанных факторов может стать существенный недобор прочности изделий в марочном возрасте (в 1,5-2 раза от значений, регламентированных ГОСТ 21520 [2] для определенных плотностей).
Основное влияние на прочностные характеристики пенобетонного элемента оказывает прочность межпоровых перегородок. Рассматривая это явление с позиций бетоноведения, необходимо учитывать отрицательное влияние на их прочность избыточного количества воды затворения. Поэтому одним из главных путей увеличения прочности межпоровых перегородок является снижение водоцементного отношения, которое приводит к уменьшению капиллярной пористости материала и уплотнению его структуры.
В практике производства различных видов бетона обосновано применение пластификаторов, позволяющих повысить подвижность бетона без увеличения количества свободной воды. Однако применение распространенных пластифицирующих добавок в производстве ячеистого бетона часто сдерживается их отрицательным влиянием на процессы поризации, а также на стойкость пены.
Применение пластификаторов нового поколения (к которым относятся суперпластификаторы и гиперпластификаторы), вводимых в малых количествах (от 0,1 до 0,5 % от массы цемента), позволяет снизить водотвердое отношение (В/Т) с сохранением необходимой подвижности бетонной смеси. Вопрос о возможности применения их в технологии пенобетонов изучен недостаточно и является весьма актуальным.
Целью исследований было определить водоредуцирующий эффект (коэффициент) пластифицирующих добавок нового поколения на раствор из цемента производства ОАО «Ан-гарскцемент» и влияние их на прочность неавтоклавного пенобетона.
В исследованиях использовались цемент марки ЦЕМ I 42,5 Н ГОСТ 31108-2003 (ПЦ-500-Д0 ГОСТ 10178-85) ОАО «Ангарский цемент» (табл. 1), гиперпластификаторы на основе
о
поликарбоксилатов «MC-Power-Flow-3100» плотностью 1,09 г/см и «GLENIUM SKY 591» плотностью 1,07 г/см3, комплексная добавка «Реламикс-М» (нафталинформальдегидный суперпластификатор и ускоритель твердения), синтетический пенообразователь на основе силиконов «Пента Пав 430А».
Состав пенобетонной смеси разной подвижности (15, 20, 25, 30 см) подбирался согласно СН 277-80 из расчета получения пенобетона марки по плотности D400. Концентрация водного раствора пенообразователя составляла 2,5 %, кратность пены - 22-23. Приготовление пены осуществлялось дрелью со специальной насадкой в лабораторных условиях. Пено-бетонную смесь получали по раздельной двухстадийной (классической) схеме.
Коэффициент использования пены с 2,5%-ной концентрацией водного раствора синтетического пенообразователя Пента Пав 430А (коэффициент стойкости пены в растворе); определялся путем смешивания в течение 1 мин 1 л цементного теста (В/Ц=0,4) с пластифицирующими добавками и 1 л пены, с последующим измерением полученного объема поризо-ванного теста (пеномассы). Объем полученной пеномассы делился на 2 и получался коэффициент использования пены (или коэффициент стойкости пены в растворе). Результаты испытаний сведены в таблицу 2.
Таблица 1
Минералогический состав цемента марки ЦЕМ I 42,5 Н (ПЦ-500-Д0)
Наименование C3S C2S C3A C3AF
Содержание, % по массе 64 14 6 13
Таблица 2
Коэффициент использования пены (Кип)
№ п/п Водный раствор пластифицирующей добавки Кип
1 «Реламикс-М» 0,95
2 «MC-Power-Flow-3100» 0,95
3 «Glenium SKY 591» 0,86
Для определения водоредуцирующего эффекта пластификатора контрольное цементное тесто (без добавок) и с пластифицирующими добавками приготавливалось ручным способом в соответствии с [3]. Подвижность контрольного цементного теста при разном В/Ц и цементного теста с пластифицирующими добавками (В/Ц=0,4) определялась вискозиметром Суттарда в соответствии с [4]. Результаты испытаний сведены в таблицу 3.
Полученные результаты позволяют сделать вывод, что гиперпластификатор «MC-Power-Flow-3100» при меньшем расходе обладает лучшим водоредуцирующим эффектом.
Таблица 3
Водоредуцирующий эффект пластификаторов
«MC-Power-Flow-3100» «Glenium SKY 591» «Реламикс-М»
Количество добавки, % от Водоредуцирующий эффект, % Количество добавки, % Водоредуцирую-щий эффект, % Количество добавки, % Водоредуцирую-щий эффект, %
массы от массы от массы
цемента цемента цемента
0,1 10,0 0,1 2,5 0,2 2,5
0,2 30,0 0,3 25,0 0,4 17,5
0,3 45,0 0,5 40,0 0,6 25,0
0,4 55,0 0,7 62,5 0,8 55,0
Для того чтобы определить влияние пластифицирующих добавок на прочность пенобетона, из контрольного состава (без добавок) пенобетонной смеси и с добавками пластификаторов были изготовлены кубы размером 10х10х10 см. После 28 сут нормального твердения кубы были высушены до постоянной массы и испытаны на сжатие в соответствии с [5]. Результаты испытаний сведены в таблицу 4.
Согласно адсорбционной теории, молекулы пластификаторов образуют на поверхности частиц цемента тонкий слой, вытесняя молекулы воды, диспергируют твердую фазу и облегчают подвижность цементных частиц. Дефлокулирующее действие ПАВ увеличивает поверхность контакта цемента и воды, что приводит к увеличению числа гидратных новообразований.
Таблица 4
Прочность пенобетонных образцов на сжатие в зависимости от В/Т и количества пластифицирующей добавки
В/Ц Диаметр расплыва смеси по Суттарду, d, см «Реламикс-М» «MC-Power-Flow-3100» «Glenium SKY 591»
Средняя плотность, кг/м3 Прочность при сжатии, Rсж, МПа Средняя плотность, кг/м3 Прочность при сжатии, Rсж, МПа Средняя плотность, кг/м3 Прочность при сжатии, R<^, МПа
0,38 20 400 1,06 405 0,17 433 0,11
25 358 0,8 414 1,35 482 1,33
30 О.т.с. 403 1,28 473 0,81
0,42 20 437 1,0 431 0,25 454 0,2
25 454 1,82 382 0,87 456 1,2
30 О.т.с. 422 1,59 393 0,62
0,46 20 427 0,35 416 0,57 424 0,09
25 463 1,04 413 1,12 427 0,59
30 О.т.с. 417 1,34 388 0,34
Примечание. О.т.с. - остаточное течение смеси
Максимальное количество гиперпластификаторов на основе поликарбоксилатов «МС-Power-Flow-ЗЮО» и «Glenium SKY 591» было принято до 1 % от массы цемента при В/Ц 0,38-Ю,46, а комплексной добавки «Реламикс-М» - до 1,2 % при тех же В/Ц. Содержание пластифицирующих добавок свыше установленных пределов приводит к остаточному течению смеси (см. табл. 4).
Установлено, что присутствие пластификатора в составе пенобетона увеличивает прочность межпоровой перегородки за счет снижения капиллярной пористости, вследствие этого максимальный прирост прочности пенобетонных образцов наблюдается при применении:
- суперпластификатора и ускорителя твердения «Реламикс-М» с подвижностью растворной смеси по Суттарду 25 см и В/Ц 0,42;
- гиперпластификатора «Glenium SKY 591» с подвижностью растворной смеси по Суттарду 25 см и В/Ц 0,38;
- гиперпластификатора «MC-Power-Flow-3100» с подвижностью растворной смеси по Суттарду 25 см и В/Ц 0,46.
Незначительный рост прочности обусловлен тем, что для обеспечения требуемой подвижности растворной смеси необходимо высокое В/Ц, а это снижает эффективность действия пластифицирующей добавки. Из-за высокой пористости материала толщина межпоро-вых перегородок мала, что не позволяет в полной мере проявиться эффекту уплотнения, как в тяжелых бетонах.
Применение пластифицирующих добавок «Реламикс-М», «MC-Power-Flow-3100» и «Glenium SKY 591» приводит к снижению оптимальной подвижности раствора на 5 см по сравнению с подвижностью, указанной в таблице 3 СН 277-80, что необходимо учитывать при расчете состава пенобетона. При величине подвижности, превышающей 30 см, введение пластифицирующих добавок приводит к сенерезису пеномассы, выражающемуся в остаточном течении или «кипении» пенобетонной смеси. Поэтому пластифицирующие добавки в теплоизоляционных пенобетонах следует применять с осторожностью.
Библиография
1. Усов Б.А., Багров Б. О. Ячеистые бетоны с химическими и редиспергирующими добавками // Популярное бетоноведение. - 2008. - № 1. - С. 56-60.
2. ГОСТ 21520 Блоки из ячеистых бетонов стеновые мелкие. Технические условия.
3. ГОСТ 310.3-2003 Цементы. Методы определения нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объема.
4. ГОСТ 23789-79 Вяжущие гипсовые. Методы испытаний.
5. ГОСТ 10180-90 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам.
Bibliography
1. Usov В.А., Bagrov В.О. Cellular concrete with chemical and redispersible additives // Populyarnoye betonovedenie. - 2008. - N 1. - P. 56-60.
2. GOST 21520 Cellular walling small concrete blocks. Specifications.
3. GOST 310.3-2003 Cements. Methods for determination of normal consistency, setting time and soundness.
4. GOST 23789-79 Gypsum binders. Test methods.
5. GOST 10180-90 Concretes. Methods for strength determination using reference specimens.
