РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ ПЕНОБЕТОНОВ С ПОМОЩЬЮ ТЕМПЕРАТУРЫ

Л.В. Моргун, д.т.н., проф., П.В. Смирнова, асп., В.Н. Моргун, к.т.н., доц., Ростовский государственный строительный университет

Одной из важных проблем строительного материаловедения является задача разработки таких технологий изготовления стеновых материалов, которые могли бы быть одинаково эффективными как при производстве, так и в условиях эксплуатации. Пенобетон - один из самых востребованных материалов при возведении стен зданий.

Очевидно, что для достижения высоких показателей качества, необходимо, чтобы в период раннего структурообразования пенобетонные смеси обладали агрегативной устойчивостью всех видов дисперсных фаз, а связность между фазами в этот период обеспечивает вода.

В пенобетонных смесях, в период преобладания вязких связей между компонентами, силы сцепления регулируются свойствами водных пленок на поверхности дисперсных фаз (пузырьков воздуха, частиц заполнителя и вяжущего). Таким образом, вода на этапе раннего структурообразования пенобетонов является одним из важнейших связующих компонентов, свойства которого существенно влияют на агрегативную устойчивость смесей и предопределяют меру дефектности затвердевших бетонов.

 Аномальность свойств воды проявляется в мере сжимаемости, теплопро­водности, теплоемкости и ряде других свойств, и предопределяется особенностями структуры водородных связей межу её атомами. Не смотря на то, что при нагревании веществ их теплоемкость линейно возрастает, теплоемкость воды нелинейно уменьшается в интервале температур от +4 до +37°С, возвращаясь к исходной величине при температуре +37°С. Плотность воды максимальна при температуре +4°С.

Ранее установлено, что применение холодной воды в технологии пенобетона существенно повышает скорость перехода вязких структур в упругие. В бетонных смесях, затворенных водой с температурой + 4,0°С и +20,5°С, разница в скорости роста пластической прочности, в начальные 7 часов твердения, различалась на порядок. Эти результаты позволили прогнозировать улучшение конструкционных свойств пенобетонов, полученных из смесей затворенных холодной водой, за счет ускорения их отвердевания.

В ходе исследований прочность пено- фибропенобетона на сжатие определялись в возрасте 1, 7 , 28, 60 и 90 суток по ГОСТ 10180 и ГОСТ 18105.1. Среднюю плотность фибропенобетона определяли по ГОСТ 27005 на тех же образцах, что и прочность (табл. 1 и рис 1).

В ходе экспериментальных исследований были получены пенобетоны плотностью от 765 до 895 кг/м3, т.е. разница не превышала 130 кг/м3, поэтому влиянием средней плотности на конструкционные свойства полученных материалов было решено пренебречь. Анализ результатов испытаний (рис. 1) показывает, что по показателям прочности при сжатии пенобетоны, приго­товленные на воде с температурой +4 °С, в дальнейшем будем называть их «холодными», во все исследованные промежутки времени прочнее остальных.

Рис. 1. Прочность при сжатии пено- и фибропенобетонов, затворенных водой разной температуры

К концу 1-х суток «холодные» составы показали прочность более высокую чем «теплые» и «горячие». Превышение прочности составило 86% над «теплыми» и 68% над «горячими». По мере увеличения продолжительности твердения эта разница постепенно уменьшалась, однако характер зависимостей сохранился. Так к 90 суткам нормального твердения «холодные» пенобетоны были прочнее «горячих» па 17%, а «теплых» на 27%. 

Очевидно, что образны из «холодных» составов являются менее дефектными, так как процессы их перехода из вязких структур в упругие прошли быстрее и интенсивнее по сравнению с «теплыми» и «горячими». Видимо расстояния между молекулами воды влияют на скорость замены вязких связей в дисперсных системах па жесткие, т. е. па скорость роста прочности. Следовательно, чем меньше расстояние между молекулами воды, тем быстрее идет формирование фрактальных кластеров в весьма короткие промежутки времени. В результате структура в таких смесях имеет более упорядоченный характер, выражающийся в упрочнении материала.

Таблица 1

Физико-механические показатели свойств пено- и фибропенобетонов в зависимости от температуры компонентов

Анализ результатов, представленных в табл.1 показывает, что «холод­ный» состав с минимальным расходом фибры (Тб) дал наилучшие показатели. Гораздо меньшей прочностью отличались бетоны, приготовленные при тем­пературе +20,5°С.

Их показатели прочности в суточном возрасте нормального твердения находились в том же диапазоне, что и показатели «горячих» составов, а изме­нение было почти синхронным до достижения марочного возраста. Экспери­мент показал, что самой низкой прочностью на сжатие обладали пенобетоны, затворенные теплой водой и не содержащие дисперсной арматуры. Причем, после 28 дней нормального твердения рост их прочности был существенно меньшим, чем у «холодных составов.

Самой низкой прочностью структуры отличались образны (Т4), не содержащие дисперсной арматуры. Показатели прочности на сжатие этой серии даже в 90 суток были минимальными и достигли всего лишь 4 МПа. Эти результаты хорошо согласуются с ранее выполненными. В пенобетонах после достижения марочной прочности наблюдается существенное замедление её роста, в то время, как фибропенобетоны продолжают интенсивно твердеть. Пока нельзя однозначно судить о причинах этой важной разницы, но она, безусловно, достойна самого пристального изучения, поскольку позволяет получать материалы естественного твердения со свойствами, превосходящими свойства автоклавных бетонов.