Керамзитопенобетон - эффективный материал для наружных ограждающих конструкций

Б.С.КОМИССАРЕНКО, чл.-кор. РАТН, проф., А.Г.ЧИКНОВОРЬЯН, канд. техн. наук, доц. (Самарская государственная архитектурно-строительная академия)

КЕРАМЗИТОПЕНОБЕТОН — ЭФФЕКТИВНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ НАРУЖНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

Одним из главных направлений развития керамзитобетона является получение эффективных легких бетонов для наружных стен.

Однако реализация имеющихся предложений, связанных с производством керамзитового песка в установках «кипящего слоя», применением дробленого керамзитового песка, использованием зол ТЭС в качестве мелкого заполнителя и поризованных легких бетонов на кварцевом песке, не позволяла до конца и в должной степени решить поставленную задачу. Поэтому изыскание путей решения указанной проблемы представляется в достаточной степени актуальным.

Введение новых норм по теплозащите и энергосбережению [ 1 ] поставило большинство предприятий крупнопанельного домостроения в довольно сложное положение. Дело в том, что выпускавшиеся на заводах однослойные стеновые панели, которые отличались простотой и технологичностью их конструктивного решения, низкой трудоемкостью производства, малым расходом металла, заменяются на трехслойные панели, обладающие большим термическим сопротивлением.
Однако выпускаемые в настоящее время трехслойные панели состоят из наружных слоев, изготовленных из тяжелого бетона и соединенных бетонными ребрами, и внутреннего теплоизоляционного слоя. Недостатком этой конструкции являются значительные теплопотери в зоне стыков и ребер жесткости. Поэтому даже применение высокоэффективных теплоизоляционных вкладышей не повышает существенно сопротивление теплопередаче стеновой панели.

Кроме того, производство этого типа панелей отличается более высокими затратами труда и расходом арматурной стали по сравнению с однослойными. Производство этих панелей продолжает оставаться многооперационным, что обусловливает повышенные стоимостные и трудовые затраты, приводит к увеличению расхода металла на 25...30% и повышению марки бетона наружных слоев панели до М200.

Одним из путей повышения эффективности однослойных стеновых панелей является снижение средней плотности керамзитобетона. Имеется опыт применения поризованного керамзитобетона. Для приготовления такого керамзитобетона применяют различные поверхностно-активные вещества, которые после разведения их водой и аэрирования механическим или пневматическим способом могут давать пену. Свежеприготовленная пена состоит из мелких воздушных пузырьков с тонкими оболочками из водного раствора пенообразователя. Основным фактором, характеризующим качество пены, является ее устойчивость. Для повышения устойчивости пены в нее вводят стабилизаторы и минерализаторы: соли железа и алюминия, жидкое стекло, столярный клей, желатин, золу-уноса и т. п.

Традиционными пенообразователями являются: клееканифольный, смолосапониновый, алюмосульфонафтеновый, дегтеизвестковый, жидкостекольный и ПО-6 (гидролизованная боенская кровь животных по ГОСТ 9603-69).

Основными причинами, сдерживающими применение такого бетона, являются:

• недостаточная стабильность пены, обусловленная низким качеством традиционных пенообразователей;
• сложность их приготовления в условиях заводов ЖБИ (кроме того, эти пенообразователи имеют ограниченный срок хранения — до 10…15 суток);
• нерациональные составы бетона;
• большое количество перегрузок и перевалок в процессе транспортирования готовой смеси от смесителя к месту укладки.

В связи с этим возникла необходимость в целенаправленных исследованиях по поиску эффективных пенообразователей и способов поризации керамзитобетонных смесей.

Нашими исследованиями был установлен ряд новых, доступных для строительной индустрии, синтетических технических пенообразователей, которые серийно выпускаются отечественной промышленностью как средства пожаротушения и вполне могут быть использованы в технологии керамзитобетона.
Одной из таких работ в этом направлении было предложение кафедры «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» Самарской государственной архитектурно-строительной академии по получению принципиально нового материала — беспесчаного керамзитопенобетона с цементным камнем, поризованным технической синтетической пеной [ 2, 3, 4 ].

Эти синтетические пенообразователи значительно превосходят по пенообразующей способности традиционно применяемые вещества и обладают высокой стабильностью и однородностью свойств. Они обеспечивают создание слитной структуры керамзитопенобетона с хорошо развитой системой мелких воздушно-замкнутых пор.

Авторами была разработана технология введения этих пенообразователей в виде концентрированного раствора в керамзитобетонную смесь в процессе ее приготовления [ 5 ]. Сущность технологии приготовления керамзитопенобетонной смеси состоит в том, что после загрузки в смеситель керамзита, цемента и воды и предварительного перемешивания смеси в течение 2...3 мин в смеситель подают концентрат синтетического технического пенообразователя и перемешивают смесь до готовности.

По сравнению со стандартной подачей в смеситель пены, приготовленной из традиционных пенообразователей (клееканифольного, смолосапонинового и т.п.) в пеногенераторе, разработанная технология обеспечивает эффективное вспенивание пенообразователя с образованием устойчивой пены. Межзерновое пространство керамзита заполняется поризованным цементным тестом, что обеспечивает получение бетона со степенью поризации до 35% пониженной на 20…30% плотностью и уменьшенной на 15...20% теплопроводностью. Получение керамзитопенобетона с более низким коэффициентом теплопроводности по сравнению с обычным керамзитобетоном при равной их средней плотности объясняется тем, что теплопроводность керамзитопенобетона главным образом зависит от его пористости (степени поризации), теплопроводности компонентов и теплопроводности газа, заполняющего поры, полученные в результате воздухововлечения, а теплопроводность воздуха в порах (замкнутых воздушных пузырьках) практически на порядок ниже теплопроводности скелета бетона. Это дает дополнительные резервы по возможности уменьшения толщины стеновых панелей в современных условиях.

За счет интенсивного перемешивания компонентов смеси обеспечивается получение мелкопористой структуры бетона с равномерно распределенными замкнутыми порами. При этом в процессе перемешивания смеси при соударении частиц керамзита между собой происходит эффективное вспенивание концентрата пенообразователя с образованием устойчивой пены, а межзерновое пространство керамзита равномерно заполняется поризованным цементным тестом, состоящим из мельчайших замкнутых пор. Это дает возможность при условии получения плотных бетонов полностью отказаться от мелкого заполнителя.
Выполненные нами в ходе внедрения производственные эксперименты и исследования на ряде заводов в городах Самара, Новокуйбышевск, Похвистнево, Безенчук, Йошкар-Ола, Мелеуз, Сургут показали возможность и эффективность применения беспесчаного керамзитопенобетона при горизонтальном формовании наружных стеновых панелей в условиях агрегатно-поточного и конвейерного производства.

Кроме исследования возможности применения керамзитопенобетона при формовании наружных стеновых панелей в горизонтальном положении, была изучена возможность использования керамзитопенобетона и при вертикальном формовании изделий. Особенностью этой технологии при использовании кассетных установок, а также при монолитном строительстве, является применение высокоподвижных смесей с осадкой стандартного конуса 8...12 см. Отработка технологии была выполнена на Тольяттинском домостроительном комбинате коттеджей, при возведении монолитных коттеджей в г.Самаре и монолитных жилых зданий в г.Йошкар-Оле.

Этот опыт подтвердил возможность использования керамзитопенобетона и для вертикального формования изделий и конструкций.
Разработанная технология позволяет получать керамзитопенобетон с коэффициентом теплопроводности в сухом состоянии порядка 0,14 Вт/(м∙°С) и расчетным коэффициентом теплопроводности 0,17 Вт/(м∙°С) на особо легком керамзитовом гравии с насыпной плотностью 200...250 кг/м3, что в принципе позволяет выпускать однослойные керамзитобетонные изделия без существенной переделки технологии. Этот бетон отличается слитной структурой с хорошо развитой системой мелких замкнутых пор.

При прочности керамзитового гравия 0,5...0,7 МПа прочность керамзитопенобетона составляет порядка 5,5...8,0 МПа, что вполне достаточно для строительства крупнопанельных и монолитных малоэтажных жилых домов. Данный бетон может найти применение и при строительстве многоэтажных монолитных жилых зданий с конструктивными схемами, обеспечивающими передачу основных нагрузок на внутренние стены.

Наш опыт показывает, что керамзитопенобетонные смеси достаточно хорошо транспортируются, укладываются и уплотняются.
При этом выпуск панелей наружных стен с улучшенными теплотехническими характеристиками не потребует дорогостоящих организационно технических мероприятий и может быть внедрен на заводах или при монолитном строительстве в течение нескольких дней.
Производство керамзитопенобетонных панелей позволяет получить существенный экономический эффект за счет полного исключения из состава бетона дорогостоящего пористого песка. Кроме того, использование керамзитопенобетона значительно упрощает технологию за счет исключения из технологического оборудования дополнительных бункеров и дозаторов для мелкого заполнителя, и резко улучшает экологическую обстановку на предприятии в связи с отказом от использования пылящих мелких пористых заполнителей (керамзитового песка, золы ТЭС и т. п.).

Максимальное насыщение керамзитобетона, поризованного пеной, крупным пористым заполнителем (1,15...1,25 м3 / м3) при использовании особо стойких синтетических технических пенообразователей обеспечивает слитность его структуры, минимальные плотность и коэффициент теплопроводности. Благодаря пластифицирующему действию технической пены снижается расход воды затворения до 150 л/м3 и менее, производственная влажность изделия до 13% по объему и менее.

Теплотехнические расчеты сопротивления теплопередаче показывают, что стеновые панели на таком керамзитопенобетоне с улучшенными теплофизическими характеристиками будут практически удовлетворять новым требованиям по теплозащите, что видно из данных табл. 1.

Керамзитопенобетон предлагается использовать и при производстве трехслойных панелей. Одним из вариантов такой панели является конструкция, где в качестве внутреннего теплоизоляционного слоя применяются плиты из крупнопористого керамзитобетона. Производство штатного утеплителя из крупнопористого бетона должно быть организовано на отдельной технологической линии. Далее этот плитный утеплитель следует снаружи влагоизолировать, например, упаковать в полиэтилен (так как это делается при производстве утеплителей из жестких минераловатных плит). Дело в том, что если крупнопористый бетон не влагоизолировать снаружи, то в процессе формования изделия растворная часть керамэитобетонной смеси будет проникать в слой крупнопористого бетона. Кроме того это мероприятие позволит повысить воздухо- и влагонепроницаемость стеновой панели.