CC BY
105
УДК 691.327.332
ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АВТОКЛАВНОГО И НЕАВТОКЛАВНОГО ГАЗОБЕТОНА
1 9
© Нгуен Тхань Туан1, Д.В. Орешкин2
Московский государственный строительный университет, 129337, Россия, г. Москва, Ярославское шоссе, 26.
Рассматриваются технические свойства: прочность при сжатии и изгибе, водостойкость, а также влажность, деформации усадки и ползучести во времени, огнестойкость, горючесть автоклавного и неавтоклавного газобетона, - которые получены из смеси на чистом цементе, с микрокремнезёмом, метакаолинитом и рисовой шелухой. Установлено, что газобетон относится к негорючим материалам и имеет огнестойкость первой степени, а коэффициент размягчения выше 0,8. Лучшие технические свойства показал неавтоклавный газобетон с метакаолинитом.
Табл. 5. Библиогр. 9 назв.
Ключевые слова: технические свойства автоклавного, неавтоклавного газобетона; огнестойкость; цемент; микрокремнезем; метакаолинит.
TECHNICAL PROPERTIES OF AUTOCLAVED AND NON-AUTOCLAVED AERATED CONCRETE Nguyen Thanh Tuan, D.V. Oreshkin
Moscow State University of Civil Engineering, 26 Yaroslavskoe Shosse, Moscow, 129337, Russia.
The article discusses technical properties including compressive and bending strength, water resistance and moisture, shrinkage and creep deformation over time, fire resistance, flammability of autoclaved and non-autoclaved aerated concrete obtained from a mixture of pure cement, microsilica fume, metakaolinite and rice hulls. Aerated concrete has been referred to non-combustible materials. It has a first-degree fire resistance, and its softening ratio is greater than 0.8. Non-autoclaved aerated concrete with metakaolinite has demonstrated the best technical properties. 5 tables. 9 sources.
Key words: technical properties of autoclaved and non-autoclaved aerated concrete; fire resistance; cement; microsilica fume; metakaolinite.
Как известно, стабильные технические свойства газобетона ограждающих конструкций во многом определяют затраты при эксплуатации зданий и обеспечивают их надёжность во времени. В каждом регионе мира материалы ограждающих конструкций имеют специфические свойства, однако в основном эти свойства одинаковы. На них влияет климат, численность, плотность и традиции населения. Во Вьетнаме наблюдается жаркий и влажный климат. В условиях плотной городской застройки и дефицита земельных участков требуется строительство зданий достаточно большой этажности. Высокими темпами в стране растёт производство цемента, строятся заводы по выпуску газобетона автоклавного твердения. Недостатками этого автоклавного газобетона являются невысокие показатели технических свойств: водостойкости, усадки, ползучести, огнестойкости. Более того, как известно, одним из способов защиты конструкций является их покрытие ячеистым бетоном для повышения огнестойкости при пожаре [1, 3, 5].
Целью работы явилось изучение водостойкости, усадки, ползучести, огнестойкости и горючести автоклавного и неавтоклавного газобетонов на чистом цементе, с микрокремнезёмом, метакаолинитом и рисовой шелухой.
В результате предварительных исследований были оптимизированы четыре состава газобетона неавтоклавного твердения (составы 1, 2, 3, 4) и четыре состава газобетона автоклавного твердения (составы 5, 6, 7, 8). Все газобетоны имели марки по плотности D600. Газобетонные смеси были приготовлены на чистом портландцементе - Ц, а также на портландцементе с добавками в количестве 7% от массы портландцемента (для всех составов). В качестве добавок в состав газобетонной смеси входили: метакаолинит -ВМК, микрокремнезем - МЗ и рисовая шелуха - РШ, а также алюминиевая пудра - А. Вода - В - соответствовала стандарту. Результаты подбора составов даются в табл. 1. Подвижность смеси определяли на вискозиметре Суттарда, она составила 12,5 ...13 см.
В экспериментах применялся портландцемент без добавок класса В32,5 Вьетнамского завода СЫпйэп. Портландцемент имел минеральный состав: С^ -56,6; С^ - 17,3; С3А - 7,7; О^ - 10,2%. Применялась алюминиевая пудра GLS-65 йопдуие производства КНР с содержанием алюминия 86,6%. В экспериментах также использовались:
- высокоактивный метакаолинит (ВМК) производится при обжиге каолиновой глины при 650оС, при
1 Нгуен Тхань Туан, аспирант, тел.: (499) 1833229, e-mail: [email protected] Nguyen Thanh Tuan, Postgraduate, tel.: (499) 1833229, e-mail: [email protected]
2Орешкин Дмитрий Владимирович, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой строительных материалов, тел.: 89255633630, e-mail: [email protected]
Oreshkin Dmitry, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Building Materials, tel.: 89255633630, e-mail: [email protected]
котором удаляется вода из минерала каолинита, получается пористый аморфный алюмосиликат А!20з-28Ю2 - метакаолинит средней плотности 2500 ...26000 кг/м3 [7, 8, 9];
- микрокремнезём (МЗ) является побочным продуктом производства ферросилиция в металлургии, образуется при дальнейшем окислении моноокиси кремния SiO из газообразного состояния и конденсации в мельчайший порошок, состоящий из шарообразных частиц с высоким содержанием аморфного кремнезема. В виде органоминеральной добавки [1, 2] применяется в высокопрочных бетонах. В работе использовали микрокремнезём ЛН95 Вьетнамского завода 1_иоуапд. Размер частиц составлял от 1 ... 2,5 мкм.
Также была использована рисовая шелуха (РШ), которая содержит до 85% БЮ2. Она получается при переработке риса, выращенного во Вьетнаме. Размеры образцов для определения прочности при сжатии и прочности на растяжение при раскалывании были 100х100х100 мм, для испытаний прочности при изгибе - 100х100х400 мм. Свойства представлены в табл. 2 и определялись в возрасте 180 суток. При анализе результатов табл. 2 получены значения прочности для автоклавного и неавтоклавного газобетона. Самые высокие прочностные показатели получены для со-
Составы газ*
става № 2 при неавтоклавном твердении. Также было исследовано изменение влажности газобетона по массе в возрастах от 14 до 180 суток (табл. 2).
У автоклавного газобетона от 3-х до 28 суток влажность практически не меняется, а затем уменьшается до 3...5% и становится даже немного ниже, чем у неавтоклавного газобетона. В возрасте до 28 суток она существенно ниже, чем у неавтоклавного бетона. Это связано с условиями твердения в автоклаве и практически полным окончанием процесса гидратации минералов портландцементного клинкера. То есть вода химически связывается в гидросиликаты кальция и другие продукты гидратации. Самая низкая влажность по массе в 180-суточном возрасте была у состава №6 - 3,13%. В этом составе используется метакаолинит. У газобетона неавтоклавного твердения лучшие результаты получены для образцов состава №2 с метакаолинитом, а влажность в 180-суточном возрасте равна 3,46%.
В данной работе деформации усадки и ползучести газобетона определяли в соответствии с методикой ГОСТ 24544-81. Бетоны. Методы определения деформаций усадки и ползучести. Результаты представлены в табл. 3 и
Таблица 1
тонной смеси
№ Состав газобетона Расход материалов, кг на 1 м3
п/п Ц В Д А
Газобетон неавтоклавного твердения
1 Ц + В +А 537 231 - 0,54
2 Ц + ВМК + В +А 500 240,5 35 0,54
3 Ц + МЗ + В +А 500 247 35 0,54
4 Ц + РШ + В +А 500 252 35 0,54
Газобетон автоклавного твердения
5 Ц + В +А 536,6 231 - 0,54
6 Ц + ВМК + В +А 500 240,5 35 0,54
7 Ц + МЗ + В +А 500 247 35 0,54
8 Ц + РШ + В +А 500 252 35 0,54
Таблица 2
Свойства газобетона
№ п/п Состав газобетона Прочность в возрасте 180 суток, МПа, при: Влажность по массе через суток: Коэффициент размягчения, %
изгибе сжатии раскалывании 14 28 180
Газобетон неавтоклавного твердения
1 Ц + В +А 0,36 3,4 0,28 19,02 17,65 5,49 0,828
2 Ц + ВМК+ В +А 0,45 3,9 0,32 18,1 16,55 3,46 0,882
3 Ц + МЗ + В +А 0,43 3,7 0,31 19,91 18,76 4,62 0,871
4 Ц + РШ + В +А 0,39 3,5 0,29 19,61 17,37 5,93 0,833
Газобетон автоклавного твердения
5 Ц + В +А 0,26 2,2 0,21 12,75 12,13 4,44 0,762
6 Ц + ВМК+ В +А 0,34 2,6 0,23 12,79 12,36 3,13 0,833
7 Ц + МЗ + В +А 0,34 2,5 0,23 15,05 14,41 4,18 0,818
8 Ц + РШ + В +А 0,34 2,5 0,23 14,81 14,15 5,21 0,818
Таблица 3
Усадочные деформации газобетона во времени_
№ п/п Состав газобетона Усадочные деформации, мм/м, через суток:
3 14 28 56 84 112 140 180
Газобетон неавтоклавного твердения
1 Ц + В +А 0,13 0,39 0,62 1,06 1,445 1,83 1,995 2,005
2 Ц + ВМК + В +А 0,09 0,165 0,2 0,515 1,12 1,325 1,311 1,302
3 Ц + МЗ + В +А 0,075 0,185 0,22 0,525 1,095 1,455 1,47 1,48
4 Ц + РШ + В +А 0,115 0,34 0,535 0,99 1,41 1,68 1,835 1,85
Газобетон автоклавного твердения
5 Ц + В +А 0,01 0,045 0,09 0,23 0,375 0,47 0,535 0,545
6 Ц + ВМК + В +А 0,01 0,05 0,075 0,145 0,225 0,27 0,285 0,305
7 Ц + МЗ + В +А 0,02 0,07 0,11 0,235 0,3 0,37 0,39 0,415
8 Ц + РШ + В +А 0,015 0,055 0,1 0,2 0,27 0,33 0,345 0,355
Усадка газобетона, как известно, вызывается физико-химическими процессами при его твердении и за счёт снижения влажности и сближения частиц цементного геля. Деформация усадки газобетона изучалась в соответствии с требованиями ГОСТ 24544-81 на образцах размерами 100x100x400 мм.
Достоверность результатов проведенных исследований усадки подтверждается превышением рекомендуемого срока исследований - более120 суток и значением коэффициента корреляции, превышающим 0,99. Самое низкое значение усадки (1,302 мм/м в возрасте 180 суток) было получено для образцов состава №2, что в 1,5 раза ниже, чем у газобетона на чистом портландцементе. В составе №2 неавтоклавного газобетона содержится метакаолинит. У автоклавного газобетона состава №7, также содержащего метакаолинит (1,305 мм/м в возрасте 180 суток), тоже самая низкая усадка, что также в 1,5 раза ниже, чем у автоклавного газобетона на чистом портландцементе.
Была исследована ползучесть. Ею, как известно, называют деформации бетона во времени при действии постоянной статической нагрузки. Она вызывает релаксацию или уменьшение напряжений в бетоне при деформациях и имеет затухающий характер во времени. Ползучесть в предварительно напряженных конструкциях вызывает потерю напряжений в арматуре. В изгибаемых элементах развиваются недопустимые прогибы: Положительное влияние ползучести
проявляется в перераспределении напряжений в железобетонных конструкциях, способствует повышению трещиностойкости материалов. Ползучесть газобетона и других видов бетона изучена недостаточно.
На основании приведённых экспериментов установлено, что у газобетона неавтоклавного и автоклавного твердения минимальные результаты по ползучести получены для составов №2 и №6 (с метакаолини-том). Немного хуже данные у газобетона, содержащего микрокремнезём.
Известно, что различные строительные материалы, элементы конструкции по-разному ведут себя в условиях воздействия пожара. В качестве специального показателя используется понятие об огнестойкости объектов. Огнестойкость является международной пожарно-технической характеристикой, регламентируемой строительными нормами и правилами, и характеризует способность конструкций и зданий сопротивляться воздействию пожара во времени [3, 4, 6]. Характеристикой огнестойкости является «предел огнестойкости».
В данной работе все исследования, связанные с огнём и защитой от него, выполнены в соответствии со СНиП 21.01-1997*, ГОСТ 12.1.004-91, ГОСТ 30247.0-94, ГОСТ 30247.1-94, ГОСТ 30247.2-97, ГОСТ 30244-94 и нормами Вьетнама: TCXDVN 344:2005 (ISO 843-4), TCXDVN 345:2005 (ISO 843-5), TCXDVN 346:2005 (ISO 843-6), TCXDVN 347:2005 (ISO 843-7).
Таблица 4
Относительная деформация ползучести газобетона_
№ п/п Состав Относительная деформация ползучести £ln(t).105 через суток:
50 70 98 126 180
Газобетон неавтоклавного тве рдения
1 Ц + В +А 51 68 107,5 151,5 179
2 Ц + ВМК + В +А 29,5 43,5 78,5 122,5 142,5
3 Ц + МЗ + В +А 28 46,5 89,5 133 145,5
4 Ц + РШ + В +А 37,5 57 117 145,5 161,5
Газобетон автоклавного твердения
5 Ц + В +А 32 45,5 92 133,5 151
6 Ц + ВМК + В +А 40 54 54,5 70 96,5
7 Ц + МЗ + В +А 25,5 47,5 71 84,5 98
8 Ц + РШ + В +А 29 43 89,5 131,5 139
Предел огнестойкости строительных конструкций устанавливается по времени (в минутах) наступления одного или последовательно нескольких нормируемых для данной конструкции видов предельных состояний: потери несущей способности (Р), потери целостности (Е), потери теплоизолирующей способности (I).
Обозначения пределов огнестойкости приняты в соответствии с рекомендациями Комитета европейского нормирования. Значение предела огнестойкости конкретной конструкции включает условное обозначение предельного состояния и цифру, соответствую-
странению пламени. Все газобетонные конструкции имеют огнестойкость первой степени.
Таким образом, исследование водостойкости, деформаций усадки и ползучести, огнестойкости и горючести автоклавного и неавтоклавного газобетонов позволило определить, что для условий Вьетнама использование неавтоклавного газобетона представляется наиболее выгодным. На основании сравнения свойств газобетона автоклавного и неавтоклавного твердения установлено, что лучшие свойства имеет газобетон состава №2 неавтоклавного твердения.
Таблица 5
Результаты испытания на горючесть газобетона
№ Вид бетона Масса образца, г Температура печи, °С Температура поверхности образца, °С Время устойчивого горения, с
п/п до исп. после началь- максима- конеч- максима- конечная
тн тк ная льная ная льная
Неавтоклавный газобетон
1 Ц + В +А 68,71 56 752,2 752,2 743,4 780,8 780,8 0
2 Ц + ВМК+ В +А 72,51 58,08 750,1 752,7 747,5 772,4 771,9 0
3 Ц + МЗ + В +А 68,26 55,49 748,8 755,6 755,1 793,3 792,9 0
4 Ц + РШ + В +А 66,37 54,83 753,1 753,1 751,3 1038 815,1 0
Автоклавный газобетон
5 Ц + В +А 69,11 60,42 749,7 749,7 748,7 786,7 786,7 0
6 Ц + ВМК+ В +А 67,13 57,67 752,1 754,4 753,5 780,4 780,3 0
7 Ц + МЗ + В +А 70,41 59,21 751,3 755 755 797,4 797,4 0
8 Ц + РШ + В +А 67,93 56,11 752,6 753,2 753,2 1035,5 816,6 0
щую периоду времени (в мин) достижения того или иного предельного состояния. Кроме того, известно, что при обрушении несущих конструкций ущерб от пожара максимален и тушение пожара становится ненужным. Поэтому огнестойкость в противопожарной защите очень важна. Результаты приведены в табл. 5.
Установлено, что газобетон неавтоклавного и автоклавного твердения не горит и препятствует распро-
Начальная смесь состояла из портландцемента класса В32,5, высокоактивного метакаолинита, воды и алюминиевой пудры. Коэффициент размягчения газобетона этого состава составил 0,882. Лучшие технические е свойства показал неавтоклавный газобетон с метакаолинитом.
Статья поступила 21.07.2014 г.
1. Баженов Ю.М. Технология бетона. М.: АСВ, 2011. 501 с.
2. Кардумян Г.С., Каприелов С.С. Новый органоминераль-ный модификатор серии «МБ» - Эмбэлит для производства высококачественных бетонов // Строительные материалы. 2005. № 8. С. 12-15.
3. Мещеряков Ю.Г., Фёдоров С.В. Строительные материалы. СПб.: НОУ ДПО «ЦИПК», 2013. 400 с.
4. Милованов А.Ф. Стойкость железобетонных конструкций при пожаре. М.: Стройиздат, 1998. 304 с.
5. Орешкин Д.В. Проблемы строительного материаловедения и производства строительных материалов // Строительные материалы. 2010. № 11. С. 6-8.
6. Страхов В.Л., Гаращенко А.Н. Огнезащита строительных конструкций: современные средства и методы оптимального
ский список
проектирования // Строительные материалы. 2002. № 6. С. 2-5.
7. Ilich B.R., Mitrovich A.A., Milichch L.R. Termal Treatment of Kaolin Clay to Obtain Metakaolin. Chem. ind. 64 (4) 351-356 (2010).
8. Sabir B.B., Wild, S. and Bai, J. Metakaolin calcined clay as pozzolan for concrete: a review //J of Cement and Concrete Composites, (23), 2001. P. 441-454.
9. Somi S. Humidity Intrusion Effects on Properties of Auto-claved Aerated Concrete Submitted to the Institute of Graduate Studies and Research in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science in Civil Engineering. Eastern Mediterranean University, Gazimagusa, North Cyprus - November, 2011.
