Порівняння властивостей газобетону і пінобетону

Порівняння властивостей газобетону і пінобетонуПінобетон і газобетон відносяться до групи легких бетонів, що називаються пористого бетону. Ніздрюватий бетон виробляється з цементного або вапняного розчину, в якому пори які містять повітря і капіляри утворюються в результаті дії газо- або піноутворювача. Властивості ніздрюватих бетонів безпосередньо залежать від вигляду, структури і розмірів повітряних пор матриці в їх структурі.
Головною перевагою пористих бетонів є легка вага, хороші теплоізолюючі властивості, вогнестійкість. Використання пористих бетонів дозволяє економити кошти як на конструктивних матеріалах, так і на утеплювачах.
Пористі бетони виробляються різної щільності — від 300 до 1800 кг / м3 залежно від призначення — структурний конструкційний газобетон, перегородковий матеріал або стіновий утеплювач. Цікаво, що спочатку, поки їх властивості не були вивчені як слід, комірчасті бетони використовувалися тільки як утеплювач.

Види пористих бетонів:

1.Газобетон

Газобетон виготовляється шляхом додавання газоутворюючих компонентів в цементно-піщаний, вапняно-піщаний або в цементно-вапняно-піщаний розчин. В якості компонентів газоутворювача використовується алюмінієва пудра, перекис водню або відбілювач і карбід кальцію. У результаті хімічних реакцій вивільняються відповідно водень, кисень або ацетилен. Газоутворення призводить до збільшення обсягу матеріалу. Виходячи з матеріалу, газ залишає численні відкриті пори і капіляри відносно великого діаметра (в порівнянні з іншими видами ніздрюватих бетонів).

2. Пінобетон

Виробництво пінобетону набагато простіше і дешевше, в порівнянні з більш високотехнологічним газобетонним виробництвом. У процесі виробництва не відбувається ніяких хімічних реакцій. Пеноутворення в бетонному розчині досягається використанням пінних поверхнево активних детергентів (миючих засобів), сапоніну, або гідролізатів білка (кератину). Комірчаста структура пінобетону виходить при змішуванні пеноутворюючого агента з водою або з цементно-піщаним розчином. Оскільки при твердінні цементного каменю газ не покидає матеріалу, що утворюються осередки мають закриту структуру. Через відсутність надлишкового тиску газу, пори і капіляри утворюються тільки за рахунок виходу (випаровування) зі структури матеріалу води. Ці пори мають дуже невеликий розмір у порівнянні з порами в газобетоні.

3.Комбінований ніздрюватий бетон

Існує досить рідкісна комбінована технологія, що поєднує газоутворення шляхом введення до складу алюмінієвої пудри і піноутворювач (білковий клей). [Rudnai G. Light weight concretes. Budapest: Akademi Kiado, 1963.]

Автоклавний і неавтоклавний ніздрюватий бетон

Виходячи з умов догляду за бетоном в процесі твердіння (набору міцності) ніздрюватий бетон може бути автоклавним або неавтоклавним. Технологія догляду за бетоном в процесі набору міцності безпосередньо визначає підсумкову міцність бетону на стиск, ступінь усадки, тріщиноутворення, вологопоглинання. Набір міцності бетону в стандартних умовах у присутності надлишку вологи являє собою досить тривалий процес.

Автоклавування пористого бетону (процес високотемпературної обробки при підвищеному тиску) призводить до потенціювання хімічних реакцій між вапном і силікатними / алюмінієвими складовими матеріалу. У результаті відбувається утворення високоміцних гідросилікатів кальцію типу тоберморіта і гідроалюмінати або гідрогранату різного складу. Автоклавування бетону при температурах 140 — 250 С призводить до підвищення стійкості і міцності його пористої структури коагуляції. Автоклавування проводять протягом 8-16 годин, а режими робочого тиску встановлюють в межах 4-16 МПа. Автоклавування значно скорочує усадку бетону і тріщиноутворення.

Мікроструктура пористих бетонів

Спосіб виробництва пористого бетону (газо- або піноутворення) безпосередньо впливає на мікроструктуру матеріалу, і, отже, на його фізичні властивості. Структура пористого бетону визначається його твердою просторовою мікропористою матрицею і наявністю макропор. Макропори ніздрюватого бетону утворюються завдяки розширенню матеріалу під впливом тиску газу. Мікропори утворюються в стінках макропор пористих бетонів під впливом вологи. [Alexanderson J. Relations between structure and mechanical properties of autoclaved aerated concrete. Cem Concr Res 1979; 9: 507-514.] Мікропори або мікрокапіляри в стінках між осередками бетону мають діаметр близько 50 nm. У структурі ніздрюватих бетонів також присутня деяка кількість макрокапілярів діаметром від 50 nm до 50 μm. Макропори пористих бетонів мають діаметр більш ніж 60 μm. Наявність макропор в стурктурарі пористого бетону не знижує його механічної міцності на стиск]. Властивості ніздрюватих бетонів залежать від пропорційного розподілу в структурі матеріалу пір різного діаметру. Структури автоклавного ніздрюватого бетону і неавтоклавного газобетону мають істотні відмінності, викликані різницею в режимах гідратації сполучнї речовини, які в підсумку призводять до відмінностей у властивостях матеріалів. Неавтоклавний ніздрюватий бетон має у своєму складі переважно дрібні пори і мікрокапіляри, що формуються під впливом випаровування води, не задіяної при гідратації цементу або вапна.

Пористість і властивості пористих бетонів

Оскільки пористість пористих бетонів може досягати 80%, то такі властивості пористих бетонів як міцність на стиск, паропроникність, водопоглинання і ступінь усадки безпосередньо залежать від особливостей пористої структури матеріалу. Співвідношення кількості пір різного діаметру і структури залежить від складу сировини і методів догляду за бетоном під час набору міцності. Чим більше в структурі пористого бетону макропор, тим тонші стінки осередків, і тим менше у складі матеріалу мікропор. Примусова сушка пористого бетону в печах (Не автоклавах) може призводити до руйнування комірчастої структури Щільність пористих бетонів залежить від компактності і пористості. Чим більше в структурі пористих бетонів макропор, тим менше щільність матеріалу.

Папроникність пористих бетонів

Проникністю ніздрюваті бетони зобов’язані своїй пористій структурі. Проникність відрізняється у пористих бетонів з відкритою та закритою пористою структурою. Тільки безперервно з’єднані пори з відкритою структурою дозволяють газам проникати через всю товщу пористого бетону. Для автоклавних ніздрюватих бетонів такої різниці не спостерігається: хоча структура пір у автоклавного пінобетону і автоклавного газобетону значно відрізняється, характеристики проникності матеріалів залишаються приблизно однаковими. Наявність великих пір не позначається значно на збільшенні проникності матеріалів.

Хімічні характеристики

При автоклавуванні пористого бетону кальцій, з’єднуючись з сілікогідратом, утворює Тоберморі. До складу продуктів реакції входить суміш кристалічного, напівкристалічного і аморфного тоберморіта. Макрокапіляри вистилаються плоскими кристалами тобеморіта з подвійною силікатної структурою. Ця структура залишається незмінною в часі і при дії високих температур
Кристалічна структура неавтоклавного пористого бетону змінюється протягом пооцесу гідратації: від голчастих кристалів до гексагональних і з блокованими кальцітними кристалами

Міцність пористого бетону на стиск

Склад бетонної суміші, спосіб пороутворення, структура пор, їх розмір, вік бетону і водонасичення мають істотний вплив на міцність пористого бетону. Скорочення щільності ніздрюватого бетону через збільшення кількості макропор призводить до зниження міцності матеріалу Міцність на стиск ніздрюватого бетону збільшується лінійно зі збільшенням щільності матеріалу. Автоклавування значно збільшує міцність ніздрюватого бетону на стиск за рахунок утворення стабільних форм тоберморіта

Міцність неавтоклавного газобетону збільшується на 30-80% в період між 28 днями і 6 місяцями з моменту виробництва, частково за рахунок процесів карбонаціі Міцність пористих бетонів на стиск в значній мірі залежить від вмісту вологи в матеріалі і зростає в міру просушування пористого бетону Міцність як автоклавних так і неавтоклавних пористих бетонів зростає при рівній щільності з використанням золи або меленого сланцю в якості інертного наповнювача.

Міцність ніздрюватого бетону на розтяг і згин

За різними даними міцність на розрив для пористого бетону становить від 10 до 35% від міцності на стиск.

Міцність на згин для ніздрюватих бетонів низької щільності прагне до нуля. Для ніздрюватих бетонів конструкційної щільності міцність на згин складає 22-27% від міцності на стиск.

Усадка ніздрюватих бетонів при висиханні

Усадка ніздрюватих бетонів відбувається через втрату незв’язаної в процесі гідратації води. До утворення тріщин більше схильні ніздрюваті бетони з великою питомою кількістю мікропор (неавтоклавний пінобетон). Ніздрюватий бетон, що має в складі один тільки цемент (без додавання вапна), набагато більш схильний до утворення тріщин. Додавання пластифікаторів в цементні розчини не призводить до зниження тріщиноутворення. Набір міцності пористих бетонів без автоклавування в нестачі вологи (менше 20% від обсягу) веде до утворення тріщин. Автоклавування попереджає утворення тріщин через утворення міцних тоберморітових кристалічних структур. При цьому зменшення пористості веде до зменшення міцності і збільшення утворення тріщин, тому пористість безпосередньо пов’язана з кількістю утвореного кристалічного тоберморіта.

Капіляри пористого бетону і водопоглинання

Пориста і капілярна структура пористого бетону обумовлює сильну взаємодію матеріалу з водою і водяними парами. При збільшенні вологості дрібні пори заповнюються вологою, і рух водяної пари істотно знижується. При контакті з водою включаються механізми капілярного підсосу вологи за рахунок механізмів сорбції та гігроскопічності.

Довговічність пористих бетонів

Автоклавний газобетон переважно складається з міцного стабільного тоберморіта, який набагато міцніше і довговічніше, ніж матеріал неавтоклавних пористих бетонів (пінобетону).

З іншого боку висока проникність автоклавного газобетону для газів і вологи може привести до прискореного руйнування основи матеріалу. Пошкодження пористого бетону під впливом заморожування можливо тільки при водонасиченні матеріалу не нижче 20-40%. При більшому водонасиченні і заморожуванні ніздрюватий бетон руйнується. Під впливом атмосферного вуглекислого газу і процесів карбонізації щільність та міцність пористих бетонів може незначно збільшуватися з часом.

Довговічність газобетонних конструкцій знижується при промерзанні, при облицюванні опалювальних будівель цеглою без вентильованого повітряного зазору, або при зовнішньому утепленні газобетону непаронепроникним ЕППС.

Теплопровідність пористих бетонів

Теплопровідність пористого бетону безпосередньо залежить від щільності, вологості і складу матеріалу. Більш дрібні пори забезпечують меншу теплопроводність.Збільшення вологості ніздрюватого бетону на 1% призводить до збільшення теплопровідності на 42%. Тому так важливо не допускати зволоження пористих бетонів при зовнішній обробці пінополістиролом та іншими непаропроникними матеріалами.

Вогнестійкість пористих бетонів

Вогнестійкість пористих бетонів набагато вище, ніж звичайного важкого бетону. Це значною мірою зумовлено гомогенною структурою без різнорідних включень, як у важкому бетоні, що призводить до утворення тріщин через різне розширення елементів важкого бетону при нагріванні. Кращою стійкістю до вогню через меншу газопроводність і теплопровідність володіють пористі бетони із закритою комірчастою структурою.

Попередні висновки:

Спосіб виробництва пористого бетону і режиму набору міцності впливає на комірчасту структуру матеріалу і визначає його фізичні властивості.
Фізичні властивості ніздрюватого бетону залежать від його щільності і вологонасичення.
Хімічний склад ніздрюватого бетону залежить від режиму догляду за бетоном при наборі міцності. Автоклавний ніздрюватий бетон набагато більш міцний і довговічний, порівняно з неавтоклавним через утворення міцної кристалічної решітки тоберморіта.
Автоклавний ніздрюватий бетон в 4-5 разів менше схильний до утворення тріщин.

Остаточний висновок:

Критерієм вибору стінового матеріалу повинен бути не спосіб утворення комірчастої структури бетону — піноутворення (пінобетон) або газоутворення (газобетон). Критерієм вибору стінового матеріалу має бути наявність стадії автоклавування при виробництві ніздрюватого бетону, оскільки неавтоклавні коміркові бетони мають гірші фізичні властивості в порівнянні з автоклавним.