Неавтоклавный газобетон: получение, применение, контроль качества

Неавтоклавный газобетон: технология получения, особенности применения в монолитном строительстве, неразрушающий способ контроля прочности на сжатие.

Автор: САМУЙЛОВ Юрий Дмитриевич, магистр технических наук, аспирант, Белорусский национальный технический университет, г.Минск (Беларусь)

Источник: сборник научных трудов «Проблемы современного бетона и железобетона», БелНИИС

В статье представлено описание технологии получения неавтоклавного газобетона на инертном заполнителе из молотых гранитных пород, а также приведены результаты ее лабораторного апробирования. Показано, что данная технология позволяет получать неавтоклавный газобетон в более широком диапазоне плотности и прочности на сжатие. Намечены направления ее применения в строительной отрасли. Указаны некоторые особенности использования газобетонных смесей, полученных по данной технологии, в монолитном строительстве. Описан новый способ определения прочности на сжатие газобетона неразрушающим методом, представлено устройство для его реализации.

Отличительной чертой данного способа является высокая точность показаний, надежность и автономность от дополнительных источников электроэнергии.

В Республике Беларусь широко распространена практика применения ячеистого бетона в различных видах строительства. Большие объемы данного строительного материала идут на стеновые заполнения железобетонных каркасов многоэтажных жилых и производственных зданий, выполняемых по технологиям сборного, монолитного и сборно-монолитного строительства. Не меньшее распространение ячеистый бетон получил и в малоэтажной жилой застройке.

Современная неавтоклавная технология производства ячеистого бетона позволяет работать в монолитном строительстве, кроме того, минимизирует номенклатуру используемого при производстве ячеистого бетона оборудования, позволяя мелким и средним производственным предприятиям освоить данный сегмент производственной деятельности. Неавтоклавный ячеистый бетон твердеет не только в камерах ТВО (тепло-влажностной обработки), но и в обычных атмосферных условиях, что позволяет избежать существенных энергетических затрат при его использовании.

Однако до сих пор стоит вопрос о повышении качества неавтоклавного ячеистого бетона. На сегодняшний день он значительно уступает по своим прочностным характеристикам ячеистому бетону, выполненному по автоклавной технологии. В связи с этим предпринята попытка усовершенствовать технологию неавтоклавного ячеистого бетона с целью повышения его качества.

Одним из путей повышения качества неавтоклавного ячеистого бетона выбрано использование гранитоидного микрозаполнителя, полученного размельчением гранитного отсева ОАО «Гранит» (г. Микашевичи, Брестская обл.), что одновременно направленно на решение задачи расширения использования гранитного отсева на сферу производства ячеистого бетона.

Для широкого использования неавтоклавного ячеистого бетона в монолитном строительстве необходимо создать возможность контроля его прочностных характеристик непосредственно на объекте строительства. С этой целью разработан механический способ неразрушающего контроля прочности ячеистого бетона на сжатие, который позволяет решить данную задачу.

Кроме проверки прочностных характеристик ячеистого бетона в конструкциях, данный способ позволяет так же с высокой точностью оценить прочность штучных изделий из ячеистого бетона, что может помочь оперативно выявить некачественную продукцию индустриального производства до того, как будет произведен ее монтаж.

ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА НЕАВТОКЛАВНОГО ГАЗОБЕТОНА НА ГРАНИТОИДНОМ МИКРОЗАПОЛНИТЕЛЕ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ

Образцы неавтоклавного газобетона изготавливали в лабораторных условиях по технологии, которая включает в себя следующие стадии:
— приготовление газобетонной смеси;
— заливка в форму и вспучивание (вибровспучивание: частота – 50 Гц; амплитуда – 272,5 мкм) газобетонной смеси;
— выдержка вспученных образцов, в течение до 48 ч, до набора распалубочной прочности;
— срезка горбушки и распалубка образцов газобетона;
— тепловлажностная обработка (ТВО) образцов газобетона;
— сушка образцов газобетона (при необходимости).Процесс приготовления газобетонной смеси включает в себя следующие операции:
— дозирование и гомогенизация компонентов для приготовления алюминиевой суспензии в отдельной емкости (вода+ПАВ (в качестве ПАВ использовался жидкий (Ср=30%) гиперпластификатор «Стахемент 2000-М»)+газообразователь (алюминиевая пудра ПАП));
— дозирование и перемешивание воды, цемента (в качестве цемента использовался портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н, производства ОАО «Кричевцементношифер»), растертой комовой извести (при необходимости) и алюминиевой суспензии в основной емкости для перемешивания газобетонной смеси;
— добавка в основную емкость для перемешивания гранитоидного микрозаполнителя и окончательное перемешивание всех компонентов газобетонной смеси.

В случаях использования микрокремнезема введение в смесь последнего производилось вместе с гранитоидным микрозаполнителем.

Процесс вспучивания осуществляли в двух вариантах: либо путем выдержки формы с газобетонной смесью в состоянии покоя, либо с помощью воздействия на форму вибрированием на мультичастотной виброплощадке.

Формы с газобетонными образцами, в течение 48 часовой выдержки, укрывали полиэтиленовой пленкой, во избежание потери образцами влаги.

Срезку горбушки осуществляли с помощью возвратно-поступательного движения металлической проволоки, по аналогии с производственными приемами.

Тепловлажностная обработка образцов газобетона производилось в течение 48 ч (два цикла) по следующему режиму (рис. 1), в сушильном шкафу. Во избежание потерь влаги перед началом тепловлажностной обработки извлеченные из форм образцы газобетона смачивали и укрывали полиэтиленовой пленкой.

Рисунок 1. График тепловлажностной обработки

Сушка образцов газобетона производилась в течение 24 ч (1 цикл), режим сушки аналогичен режиму на рис. 1; остаточная влажность образцов газобетона на выходе не превышала 5 %.

РЕЗУЛЬТАТЫ ОЦЕНКИ ХАРАКТЕРИСТИК ГАЗОБЕТОНА

Результаты экспериментальных исследований предлагаемой технологии получения газобетона неавтоклавного твердения, основанной на использовании в качестве микрозаполнителя гранитоидного отсева, показали, что она позволяет расширить качественные характеристики неавтоклавного газобетона по сравнению с традиционными аналогами. Эксперементально полученные данные таблицы 1 наглядно демонстрируют, что предлагаемая неавтоклавная технология позволяет получить те классы прочности (для некоторых марок плотности) ячеистого бетона, которые ранее были недоступны для «безавтоклавной» технологии.

Таблица 1

Сравнительный анализ характеристик неавтоклавного газобетона

Вид бетона Марка по плотности Класс прочности Неавтоклавный ячеистый бетон

(по СТБ 1570-2005)

Неавтоклавный газобетон,

по предлагаемой технологии (для =8%, , по ГОСТ 18105-2010)

1 2 3 5 6
1 2 3 5 6
Теплоизо-

ляцион-

ный

D100 +
D150 +
D200 +
D250 +
D300 +
D350 В0,5 +
D400 В0,5 + +
В0,75 + +
В1 + +
Теплоизо-

ляционно-

конструк-

ционный

D350 В0,5 +
D400 В0,5 + +
В0,75 + +
В1 + +
D450 В0,5 + +
В0,75 + +
В1 + +
В1,5 +
D500 В0,5 + +
В0,75 + +
В1 + +
В1,5 +
В2 +
D550 В1 + +
В1,5 + +
В2 +
В2,5 +
D600 В1,5 + +
В2 + +
В2,5 + +
В3 +
D650 В1,5 + +
В2 + +
В2,5 + +
D650 В3 +
В3,5 +
D700 В1,5 + +
В2 + +
В2,5 + +
В3,5 + +
В4 +

«+» — производится
«–» — не производится
Содержание микрозаполнителя не менее 50 % от массы цемента

Данные таблицы 1 справедливы для смесей с содержанием гранитоидного микрозаполнителя не менее 50 % от массы вяжущего. В случае необходимости, больший расход вяжущего дает возможность получить более высокие классы прочности.

Из данных о теплофизических свойствах неавтоклавного газобетона на основе гранитоидного и песчаного микрозаполнителя, представленных в таблице 3, следует, что в целом наблюдается тенденция к снижению теплопроводности газобетона равной плотности, полученного на гранитоидном микрозаполнителе. Это очевидно связано с тем, что собственная теплопроводность кварцевой породы выше, чем гранитоидной (табл. 2).

Таблица 2

Характеристики сыпучих материалов, полученных из кварцевого песка и гранитоидного отсева, идентичных фракционных составов

Вид материала Показатель Ед. изм. Кол-во Изменение показателя, %
1 2 3 4 5
Кварцевый песок Насыпная плотность в сухом состоянии кг/м3 1380 100
Коэффициент теплопроводности Вт/(м·К) 0,26 100
Гранитоидный отсев Насыпная плотность в сухом состоянии кг/м3 1520 110,1
Коэффициент теплопроводности Вт/(м·К) 0,22 84,6

Поэтому при равной средней плотности ячеистого бетона (то есть примерно одинаковой пористости структуры) этот фактор обеспечивает снижение теплопроводности образцов газобетона на гранитоидном микрозаполнителе.

Таблица 3

Марка по плот-ности λ (в сухом состоянии), для ячеистого бетона на песчаном микроза-полнителе (значения по СТБ 1570-2005), Вт/(м·оС) λ (в сухом состоянии), для ячеистого бетона на гранитоидном микрозаполнителе, Вт/(м·оС)
1 2 3
D100 0,048
D150 0,055 0,055
D200 0,060 0,063
D250 0,070 0,071
D300 0,080 0,079
D350 0,090 0,087
D400 0,100 0,096
D450 0,110 0,105
D500 0,120 0,115
D550 0,130 0,126
D600 0,140 0,138
D650 0,160 0,151
D700 0,180 0,165
D750 0,200 0,180
D800 0,210 0,194
D900 0,240 0,224

НАПРАВЛЕНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ

Кроме производства штучных сборных изделий возможно использование данной технологии в монолитном строительстве. При этом необходимо учитывать ряд ее особенностей.
Процесс вспучивания газобетона зависит от реологии смеси, в связи с этим по консистенции и особенностям процесса вспучивания ячеистобетонные смеси на гранитоидном микрозаполнителе можно разделить на два типа: первый тип — текучие-самовспучивающиеся; второй тип — вязкие-вибровспучивающиеся.

Текучие-самовспучивающиеся газобетонные смеси обладают высокой текучестью за счет относительно высокого содержания воды. В связи с этим газобетон, полученный из таких смесей, значительно уступает по прочности газобетону, полученному из смесей второго типа в уровне прочностных характеристик.

Вибровоздействие на опалубку позволяет использовать вязкие-вибровспучивающиеся газобетонные смеси, которые характеризуются значительно большей прочностью газобетона, при том же расходе вяжущего. Помимо этого, процесс вспучивания таких смесей происходит более равномерно, что дает возможность избежать роста горбушки, которая уходит в отход.

НОВЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ НА СЖАТИЕ ГАЗОБЕТОНА НЕРАЗРУШАЮЩИМ МЕТОДОМ, И ПРИБОР ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

С целью обеспечения возможности осуществления максимально точного оперативного неразрушающего контроля прочности газобетона на строительной площадке был разработан новый прибор, который механическим способом, методом упругопластической деформации, позволяет с высокой точностью определить прочность газобетона на сжатие непосредственно на объекте строительства.

Применение
Прибор предназначен для определения прочности на сжатие ячеистых бетонов (газо и пенобетонов автоклавного и неавтоклавного твердения) неразрушающим методом (по ГОСТ 22690-88, п. 4.7).
Может использоваться для определения прочности как штучных изделий (блоков, панелей и т. д.), так и монолитных конструкций.

Устройство и принцип работы
Прибор состоит из следующих элементов (рис. 2): корпус 1, боек с индентором 2,  пружина 3 и толкатель со штоком 4, насадка фиксирующая длину деформации пружины 5,  шкала 6, ударная шайба 7, амортизирующая резиновая накладка 8, крышка корпуса 9.

Прибор работает следующим образом (рис. 2):

Прибор устанавливается на гладкую поверхность испытуемого образца таким образом, чтобы ноль шкалы 6 (нижняя риска шкалы 6) был заподлицо с верхней гранью корпуса 1. Фиксирующая насадка 5 устанавливается на ноль шкалы 6 (опускается на верхнюю грань корпуса 1) . По ударной шайбе 7 наносится осевой удар любым тяжелым предметом (желательно молотком),  при ударе корпус 1 прибора необходимо прижать к поверхности испытуемого образца, чтобы не допустить перекоса корпуса 1 и отрыва его от поверхности испытуемого образца. От удара толкатель 4 сжимает пружину 3, опускаясь вниз по полости корпуса 1, при этом фиксирующая насадка 5 поднимается вверх по шкале 6, т.к. упор в верхнюю грань корпуса 1 не дает фиксирующей насадке 5 опуститься вместе с толкателем 4. Пружина 3 передает усилие от удара молотка на боек с индентором 2, после чего индентор вдавливается в поверхность испытуемого образца, оставляя на ней конусообразный отпечаток. Рабочая поверхность индентора имеет коническую форму, следовательно, чем глубже проникновение индентора в тело испытуемого образца, тем больше диаметр отпечатка на поверхности последнего. После возврата пружины 3 в исходное положение толкатель 4 поднимается на свое место, а фиксирующая насадка 5, плотно обжимающая шток толкателя, остается неподвижной относительно штока, тем самым фиксируя длину деформации пружины 3 на шкале 6.

Рисунок 2. Устройство прибора

Далее снимаются показания шкалы 6 (L, усл. ед.), которые характеризуют силу удара, а также замеряется диаметр отпечатка (D, мм) от индентора на поверхности испытуемого образца.

Затем высчитывается коэффициент К, по формуле:
K=(L-0,334∙D)/D^2      (1)

Коэффициент К характеризует прочность на сжатие испытуемого образца. Прочность на сжатие (R) испытуемого образца в МПа определяют по графической зависимости R(K) или по формуле:
R=K∙tgα_ср , МПа    (2)
где α_ср — это угол угол между осью «0К» и графиком линейной зависимости R(K).

Характер графической зависимости R(K) (рис. 3) зависит от вида ячеистого бетона, способа твердения, влажности поверхностных слоев.

Рисунок 3. Пример кривой R(K) для газобетона на гранитоидном микрозаполнителе

Особенности эксплуатации прибора

Для получения наиболее точных показаний рабочую поверхность испытываемого образца необходимо сточить угловой шлифмашиной с абразивным кругом на 5÷10 мм. При испытании штучных изделий из ячеистого бетона  прибор следует устанавливать на поверхность свежего спила. Рабочая поверхность испытываемых образцов должна быть ровной, чтобы прибор прилегал плотно.

Нельзя допускать попадания пыли в трущиеся элементы прибора, это может усложнить ход подвижных элементов.

Следует следить за чистотой индентора.

Не допускается проверять работу прибора на твердых поверхностях (металл, тяжелый бетон и т. д.). Это может вызвать пластическую деформацию конического индентора и испортить прибор.

При затруднении хода подвижных частей в корпусе прибора необходимо открутить крышку корпуса, достать их, отчистить от пыли и старой загрязнившейся смазки, смазать свежим моторным маслом.

Удар по ударной шайбе прибора должен быть максимально осевым, чтобы не согнулся шток толкателя.

Сила удара не должна превышать диапазон шкалы на штоке толкателя.

Следует предохранять прибор от длительного воздействия влаги (во избежание появления коррозии).

Резьба на элементах прибора должна быть чистой и смазанной моторным маслом. Любое попадание пыли, грязи, частиц бетона на резьбу любого из элементов может привести к заклиниванию резьбового соединения. Следовательно, разборку и сборку прибора следует проводить только в чистых условиях, предварительно протерев прибор от грязи и пыли.

Таблица 4

Показатель Единица измерения Величина
Размеры:

-высота прибора;

-наружный диаметр крышки корпуса;

-наружный диаметр корпуса;

мм  

220

65

33

Диапазон измерений МПа 0-10,00
Относительная погрешность измерений % ±5
Масса прибора кг 1,04

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Результаты исследований технологии получения газобетона неавтоклавного твердения на гранитоидном микрозаполнителе подтвердили возможность успешного использования гранитного отсева в производстве неавтоклавного газобетона.
2. Результаты продемонстрировали расширение диапазона прочностей и плотностей газобетона, который можно получить без применения автоклавирования.
3. Сравнительный анализ теплофизических характеристик газобетонов на различных микрозаполнителях показывает, что газобетоны на гранитоидном микрозаполнителе характеризуются большим сопротивлением теплопередаче, чем газобетоны на песчаном микрозаполнителе.
4. Предложенная технология позволяет получать газобетонные смеси, которые могут быть применены при монолитном бетонировании и, при этом, позволяют получать классы ячеистого бетона по прочности, обеспечивающие необходимые и достаточные условия их применения в этом варианте строительства.
5. Разработан новый прибор, позволяющий с высокой точностью определить прочность газобетона на сжатие неразрушающим методом непосредственно на объекте строительства.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. СТБ 1570-2005. Бетоны ячеистые. Технические условия. – Мн: Минстройархитектуры, 2005. – 15 с.
2. ГОСТ 10180-2012. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам. – М: Стандартинформ, 2013. – 36 с.
3. ГОСТ 12730.2-78. Бетоны. Метод определения влажности. – М:  Стандартинформ, 2007. – 4 с.
4. ГОСТ 12730.1-78. Бетоны. Методы определения плотности. – М: Стандартинформ, 2007. – 5 с.
5. ГОСТ 7076-87. Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности [Электронный ресурс], – Режим доступа: http://files.stroyinf.ru – Дата доступа: 06.09.2016.
6. ГОСТ 18105-2010. Бетоны. Правила контроля и оценки прочности. – М: Стандартинформ, 2012. – 16 с.
7. ГОСТ 22690-88. Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля. – М: Стандартинформ, 2010. – 20 с.