CC BY
15УДК 691.327.332:691.175.746
А.А. ПАК, канд. техн. наук, Р.Н. СУХОРУКОВА, научн. сотрудник, учреждение Российской Академии наук Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН (г. Апатиты Мурманской обл.)
Способы устранения трещин в стыке и повышения сцепления газобетона с пенополистиролом
В современной строительной практике одним из самых «проблемных» материалов является пенополисти-рол (ППС). Острейшая полемика по вопросу применения ППС в строительстве разгорелась между учеными и производственниками. Первые, не отрицая высоких теплоизоляционных свойств ППС, подчеркивают его пожароопасность, выделение отравляющих газов при горении, недолговечность. Производственники же утверждают, что при использовании качественных сырьевых материалов, грамотных конструктивных решений, соблюдении технологических процессов вспенивания ППС и изготовления изделий исключаются все негативные явления. Споры продолжаются, и тем не менее пенополистирольные изделия продолжают широко использовать во всех странах.
Наиболее эффективно применять ППС при изготовлении многослойных изделий типа сэндвич. В известных сэндвич-панелях и блоках, преимущественно трехслойных, для образования внутреннего теплоизоляционного слоя используются предварительно изготовленные пенополистирольные плиты. Эти плиты могут быть закрыты с обеих сторон листовым материалом (из оцинкованной стали, алюминиевых сплавов, древесно-стружечных плит, армо- или асбестоцемента и др.) либо бетонными слоями (легкобетонными, пенобе-тонными). Только при устройстве наружных бетонных слоев создается сцепление между бетоном и ППС, причем несплошное. С остальными материалами никакого монолитного сцепления нет. ППС отличается низкой адгезией, в том числе с цементным камнем. Поэтому для обеспечения сцепления между конструктивными слоями применяются специальные гибкие стержневые или проволочные связи. Однако ввиду отсутствия монолитного соединения между защитным слоем и ППС и наличием зазора в последнем может скапливаться влага с образованием мостиков холода.
По технологии композиционных стеновых и теплоизоляционных изделий из полистиролгазобетона (ПГБ), разработанной в институте химии и технологии редких элементов и минерального сырья Кольского научного центра РАН [1, 2], наружные конструктивные слои образовываются газобетоном, а внутренний, теплоизоляционный — из ППС. Новизна технологии состоит в послойном формовании конструктивных слоев из исходных сырьевых материалов: наружные слои из газобетонной смеси, а внутренний теплоизоляционный слой — из невспененного или частично вспененного бисерного суспензионного полистирола (ПС). Характерным для газобетонной смеси и бисерного ПС является то, что они во время тепловлажност-ной обработки изделия в пропарочной камере вспучиваются (заполняют объем в закрытой форме) на разных температурных уровнях, формируя конструктивные слои и образуя многослойное изделие в окончательном виде. При этом контактирующие материалы подпрес-совываются, прижимаются друг к другу, создавая мо-
нолитное бесшовное соединение. В данном случае мы имеем дело не со статическим соединением почти полностью готовых исходных материалов, как при применении легкого и пенобетона (пенополистирол в виде готовых листов, а легкий и пенобетон уже полностью отформованными и объемно не изменяющимися), а с динамическим соединением материалов-полуфабрикатов, которые под действием температуры структурно изменяются, объемно расширяются, формируя изделие в окончательном виде не в процессе формования, а во время пропаривания.
Однако в процессе выполнения экспериментальных исследований нами было замечено, что в некоторых образцах ПГБ после пропаривания появляются трещины в стыке между газобетоном и полистиролом. Появление трещин следовало ожидать, так как мы пытаемся создать монолитное соединение таких разных по своей природе материалов, как камень и полимер, с различными физико-механическими, термодинамическими и деформативными свойствами. В то же время следует отметить, что в принципе трещины на боковых гранях стеновых блоков не представляют большой опасности, так как они будут перекрываться клеящим материалом при кладке стены. Чаще трещины наблюдались в боль-шеразмерных образцах, блоках размерами 195x198x398 мм и реже в образцах-кубах 70,7x70,7x70,7 мм и призмах 70,7x70,7x220 мм. То есть в возникновении трещин сказывается еще и масштабный фактор. Важно подчеркнуть, что трещины носят поверхностный характер, глубиной не более 2—3 мм, что было установлено поперечной распиловкой блоков и образцов.
С целью устранения трещин были рассмотрены различные способы на разных этапах технологического процесса. Для начала опробовали самые очевидные на наш взгляд приемы для устранения трещинообразо-вания:
— прокладка в месте соединения газобетона и полистирола армирующего материала;
— обработка гранул пенополистирола клеящим раствором;
— устройство соединения шип-паз путем подсыпки
бисерного невспененного полистирола.
В экспериментах в качестве армирующего материала была использована синтетическая отделочная сетка с ячейкой 5 мм, используемая для выполнения штукатурных работ по кирпичным и бетонным поверхностям. Устанавливалась сетка в форму следующими способами (рис. 1).
Испытания влияния сетки на трещинообразование в стыке газобетон — ППС проводили на кубиках — 70,7x70,7x70,7 мм и призмах - 70,7x70,7x220 мм. Также для контроля формовали блоки размерами 195x198x398 мм. Внешний осмотр образцов после пропа-ривания и распалубки показал, что отделочная сетка независимо от схемы расположения уменьшает, но не исключает трещины в стыке.
56
научно-технический и производственный журнал
ноябрь 2011
iA ®
Рис. 1. Схемы расположения отделочной сетки в двуслойном полистиролгазобетоне: а - вертикально по бортам формы; б - горизонтально в стыке газобетона с полистиролом; в - вертикально на расстоянии 2 см от стенки формы; 1 - газобетон, 2 - полистирол, 3 - сетка
Рис. 2. Двуслойный полистиролгазобетон с соединением газобетона с полистиролом типа «шип-паз»
Номер образца Описание образца Прочность сцепления, МПа-10-1
1 Газобетон + частично вспененный ПС без устройства соединения шип-паз 0,7
2 Газобетон + частично вспененный ПС с устройством соединения шип-паз в один ряд 1,5
3 Газобетон + частично вспененный ПС с устройством соединения шип-паз в два ряда 1,6
Также не были получены стабильные положительные результаты при обработке гранул пенополистирола клеящими растворами поливинилацетатной эмульсии и столярного клея.
Лучшие результаты были получены при устройстве соединения шип-паз путем подсыпки бисерного не-вспененного полистирола. Выполненные нами эксперименты показали, что невспененный бисерный ПС при разогреве до 85—95оС развивает давление расширения в 1,5—2 раза больше, чем частично вспененный ПС с коэффициентом вспенивания Квсп=8—10 [3]. Поэтому, если бы удалось ввести в поверхностный слой газобетонной смеси в один-два ряда для образования «шипа» невспененный ПС (с некоторым возвышением над поверхностью газобетона) и на него засыпать частично вспененный ПС, образующий теплоизоляционный слой, то при вспенивании эти два вида ПС спрессовывались бы друг с другом гораздо лучше, чем с газобетоном. Таким образом, получилось бы более плотное замковое соединение типа шип-паз.
Рис. 3. Поверхности отрыва газобетона от полистирола без устройства шип-паз (а) и с устройством шип-паз (б)
В основе этого приема лежат результаты выполненных нами экспериментов, показавших, что давление расширения системы газобетон—бисерный ПС в четыре раза больше, чем у системы газобетон—частично вспененный ПС. Осуществляется эта рекомендация следующим образом: в поверхность залитой в форму газобетонной смеси вдавливаются две пластины под углом 30—40° на глубину 2—3 см. В зазор между пластинами засыпается бисерный ПС. Затем, сводя вместе верхние края пластин, бисерный ПС вводится в расширенный зазор с некоторым припуском над поверхностью бетонной смеси. Сверху на бетонную смесь засыпается почти до верха формы частично вспененный ПС, и форма закрывается крышкой. В дальнейшем, вспучиваясь при тепловлажностной обработке, эти два вида ПС спрессовываются друг с другом. Бисерный ПС, заглубленный в газобетон, будет образовывать шип и создавать прочное соединение ППС с газобетоном.
На рис. 2 представлен поперечный разрез образца двухслойного ПГБ с соединением шип-паз.
б
а
в
2
2
2
Г; научно-технический и производственный журнал
^ ® ноябрь 2011 57"
В таблице приведены результаты испытаний образцов ПГБ, из которых следует, что устройство соединения шип-паз увеличивает прочность сцепления газобетона с ППС в два раза.
На рис. 3 приведены поверхности отрыва газобетона от ПС после испытания на сцепление без устройства шип-паз (а) и с устройством шип-паз (б).
Как видно из рис. 3, при соединении ПС с газобетоном без устройства шип-паз отрыв происходит в месте соединения по контакту ПС с газобетоном, а при устройстве соединения шип-паз прочность сцепления ПС с газобетоном больше прочности разрыва газобетона.
Таким образом, по результатам выполненных экспериментов можно сделать заключение, что наиболее эффективным для уменьшения трещинообразования и обеспечения надежного сцепления между газобетоном и полистиролом является устройство в стыке между ними соединения типа шип-паз.
Ключевые слова: газобетон, пенополистирол, поли-стиролгазобетон, стык шип-паз.
Список литературы
1. Пак А.А., Крашенинников О.Н., Сухорукова Р.Н. Газобетон на основе техногенного сырья Кольского горно-промышленного комплекса / Апатиты:КНЦ РАН, 2000. 84 с.
2. Пак А.А., Сухорукова Р.Н. Основы технологии и физико-механические свойства композиционного стенового материала из полистиролгазобетона. // Технологии бетонов. 2008. № 10. С. 61—63.
3. Пак А.А., Сухорукова Р.Н. Особенности технологии стеновых многослойных изделий из поли-стиролгазобетона // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2010. № 5. С. 30—34.
L._
Российская академия естественных наук Новосибирский государственный аграрный университет Выставочный центр Сибирская ярмарка»
Международная научно-техническая конференция
«НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬНОМ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИИ»
2 февраля 2011 г.
Новосибирск
Темы конференции:
Теоретические и методологические вопросы 4.
развития науки о технологии в строительном материаловедении.
Физико-химические процессы, связанные с новейшими технологиями и получением каче- 5. ственных материалов.
Проблемы развития материально-технической базы для внедрения новых технологий производства строительных материалов и изделий.
Пути совершенствования качества и технологического обеспечения строительных материалов за счет применения добавок направленного действия.
Нормативная база и экономико-организационные вопросы эффективного внедрения новых технологий в строительном комплексе.
Информационная поддержка:
Научно-технический журнал
Строительные Материалы*
Оргкомитет:
630099
Телефон/факс (383) 267-12-45, e-mail: gmunsau@mail.ru г. Новосибирск- 99, Главпочтамт, а/я № 257
научно-технический и производственный журнал Q'fffjyTf S JJbrlbJ" "Ü ноябрь 2011 Ь^ШШ'
