Сравнение свойств газобетона и пенобетона

Сравнение свойств газобетона и пенобетонаСравнение свойств газобетона и пенобетона.

Пенобетон и газобетон относятся к группе легких бетонов называющихся ячеистыми бетонами. Ячеистый бетон производится из цементного или известкового раствора, в котором воздухсодержащие поры и капилляры образуются в результате действия газо- или пенообразователя. Свойства ячеистых бетонов напрямую зависят от вида, структуры и размеров воздухсодержащей матрицы в их структуре. Главным достоинством ячеистых бетонов является легкий вес, хорошие теплоизолирующие свойства, огнестойкость. Использование ячеистых бетонов позволяет экономить средства, как на конструктивных материалах, так и на утеплителях. Ячеистые бетоны производятся различной плотности от 300 до 1800 кг/м 3 в зависимости от назначения структурный конструкционный газобетон, перегородочный материал или стеновой утеплитель. Интересно, что первоначально, пока их свойства не были изучены как следует, ячеистые бетоны использовались только в качестве утеплителя.

Виды ячеистых бетонов.

1.Газобетон Газобетон производится путем добавления газообразующих компонентов в цементно-песчаный, известково-песчаный или в цементно-известково-песчаный раствор. В качестве компонентов газообразователей используется алюминиевая пудра, перекись водорода или отбеливатель и карбид кальция. В результате химических реакций высвобождаются соответственно водород, кислород или ацетилен. Газообразование приводит к увеличению объема материала. Выходя из материала, газ оставляет многочисленные открытые поры и капилляры относительно большого диаметра (по сравнению с другими видами ячеистых бетонов.

2. Пенобетон Производство пенобетона гораздо проще и дешевле, по сравнению с более высокотехнологичным газобетонным производством. В процессе производства не происходит никаких химических реакций. Пенобразование в бетонном растворе достигается использованием пенящихся поверхностно активных детергентов (моющих средств), сапонина, или гидролизатов белка (кератина). Ячеистая структура пенобетона получается при смешивании пенообразующего агента с водой или с цементно-песчаным раствором. Поскольку при твердении цементного камня газ не покидает материала, образующиеся ячейки имеют закрытую структуру. Из-за отсутствия избыточного давления газа, поры и капилляры образуются только за счет выхода (испарения) из структуры материала воды. Эти поры имеют очень небольшой размер по сравнению с порами в газобетоне.

3.Комбинированный ячеистый бетон Существует достаточно редкая комбинированная технология, сочетающая газообразование путем введения в состав алюминиевой пудры и пенообразователь (белковый клей). [Rudnai G. Light weight concretes. Budapest: Akademi Kiado, 1963.

Автоклавный и неавтоклавный ячеистый бетон Исходя из условий ухода за бетоном в процессе твердения (набора прочности) ячеистый бетон может быть автоклавным или неавтоклавным . Технология ухода за бетоном в процессе набора прочности напрямую определяет итоговую прочность бетона на сжатие, степень усадки, трещинообразование, влагопоглощение. Набор прочности бетона в стандартных условиях в присутствии избытка влаги представляет собой достаточно длительный процесс.

Автоклавирование ячеистого бетона (процесс высокотемпературной обработки при повышенном давлении) приводит к потенцированию химических реакций между известью и силикатными / алюминиевыми составляющими материала. В результате происходит образование высокопрочных гидросиликатов кальция типа тоберморита и гидроалюмината или гидрогранатов различного состава. Автоклавирование бетона при температурах 140 — 250 С приводит к повышению устойчивости и прочности его пространственной коагуляционной структуры. Автоклавирование проводят в течение 8-16 часов, а режимы рабочего давления устанавливают впределах 4-16 МПа [RILEM recommended practice. Autoclaved aerated concrete/ Properties, testing and design. E FN SPON, 1993.]. Автоклавировние значительно сокращает усадку бетона и трещинообразование. [Schubert P. Shrinkage behaviour of aerated concrete. In: Wittmann FH, editor. Autoclaved Aerated Concrete, Moisture and Properties. Amsterdam: Elsevier; 1983. p. 207-217.

Микроструктура ячеистых бетонов Способ производства ячеистого бетона (газо- или пенообразование) напрямую оказывает влияние на микроструктуру материала, и, следовательно, на его физические свойства. Структура ячеистого бетона определяется его твердой пространственной микропористой матрицей и наличием макропор. Макропоры ячеистого бетона образуются благодаря расширению материала под воздействием давления газа. Микропоры образуются в стенках макропор ячеистых бетонов под воздействием влаги. [Alexanderson J. Relations between structure and mechanical properties of autoclaved aerated concrete. Cem Concr Res 1979;9:507-514.] Микропоры или микрокапилляры в стенках между ячейками бетона имеют диаметр около 50 nm. В структуре ячеситых бетонов также присутствет некоторое количество макрокапилляров диаметром от 50 nm до 50 m. Макропоры ячеистых бетонов имеют диаметр более чем 60 m. Наличие макропор в стурктуре ячеистого бетона не снижает его механической прочности на сжатие [Там же]. Свойства ячеистых бетонов зависят от пропорционального распределения в структуре материала пор различного диаметра. [Prim P, Witmann FH. Structure and water absorption of aerated concrete. In: Wittmann FH, editor. Proceedings Autoclaved Aerated Concrete, Moisture and Properties. Amsterdam: Elsevier; 1983. p. 43-53.] Структуры автоклавного ячеистого бетона и неавтоклавного газобетона имеют существенные различия, вызванные разницей в режимах гидратации связующего вещества, которые в итоге приводят к различиям в свойствах материалов. Неавтоклавный ячеистый бетон имеет в своем составе преимущественно мелкие поры и микрокапилляры, формирующиеся под воздействием испаряющейся воды, не задействованной при гидратации цемента или извести. [Tada S, Nakano S. Microstructural approach to properties of moist cellular concrete. In: Wittmann FH, editor. Proceedings Autoclaved Aerated Concrete, Moisture and Properties. Amsterdam: Elsevier; 1983. p. 71-89.

Пористость и свойства ячеистых бетонов Поскольку пористость ячеистых бетонов может достигать 80%, то такие свойства ячеистых бетонов как прочность на сжатие, паропроницаемость, водопоглощение и степень усадки напрямую зависят от особенностей пористой структуры материала. Соотношение количества пор разного диаметра и структуры зависит от состава сырья и методов ухода за бетоном во время набора прочности. Чем больше в структуре ячеистого бетона макропор, тем тоньше стенки ячеек, и тем меньше в составе материала микропор. Принудительная сушка ячеистого бетона в печах (не автоклавах) может приводить к разрушению ячеистой структуры [Day RL, Marsh BK. Measurement of porosity in blended cement pastes. Cem Concr Res 1988;18:63 -73]. Плотность ячеистых бетонов зависит от компактности и пористости. Чем больше в структуре ячеистых бетонов макропор, тем меньше плотность материала.

Проницаемость ячеистых бетонов Проницаемостью ячеистые бетоны обязаны своей пористой структуре. Проницаемость отличается у ячеистых бетонов с открытой и закрытой пористой структурой. Только непрерывно соединяющиеся поры с открытой структурой позволяют газам проникать через всю толщу ячеистого бетона. Для автоклавных ячеистых бетонов такой разницы не наблюдается: хотя структура пор у автоклавного пенобетона и автоклавного газобетона значительно отличается, характеристики проницаемости материалов остаются примерно одинаковыми. Наличие крупных пор не сказывается значительно на увеличении проницаемости материалов. [Jacobs F, Mayer G. Porosity and permeability of autoclaved aerated concrete. In: Wittmann FH, editor. Proceedings Advances in Autoclaved Aerated Concrete. A.A. Balkema, 1992. p. 71-76.

Химические характеристики При автоклавирвании ячеистого бетона кальций, соединяясь с силикогидратом образует тоберморит. В состав продуктов реакции входит смесь кристаллического, полукристаллического и аморфного тоберморита. Макрокапилляры выстилаются плоскими кристаллами тобеморита с двойной силикатной структурой. Эта структура остается неизменной во времени и при воздействии высоких температур [Mitsuda T, Chan CF. Anomalous tobermorite in autoclaved aerated concrete. Cem Concr Res 1977;7:191-194.

Кристаллическая структура неавтоклавного ячеистого бетона меняется в течении пооцесса гидратации: от игольчатых кристаллов к гексагональным и сблокированным кальцитным кристаллам [Tada S, Nakano S. Microstructural approach to properties of moist cellular concrete. In: Wittmann FH, editor. Proceedings Autoclaved Aerated Concrete, Moisture and Properties. Amsterdam: Elsevier; 1983. p. 71-89.

Прочность ячеистого бетона на сжатие Состав бетонной смести, способ порообразования, структура пор, их размер, возраст бетона, и водонасыщение оказывают существенное влияние на прочность ячеистого бетона. Сокращение плотности ячеистого бетона из-за увеличения количества макропор приводит к снижению прочности материала [Pospisil F, Jambor J, Belko J. Unit weight reduction of fly ash aerated concrete. In: Wittmann FH, editor. Advances in Autoclaved Aerated Concrete. A.A. Balkema, 1992. p. 43-52. ] Прочность на сжатие ячеиcтого бетона уваеличивается линейно с увеличением плотности материала. Автоклавирование значительно увеличивает прочность ячеистого бетона на сжатие за счет образования стабильных форм тоберморита [Rudnai G. Light weight concretes. Budapest: Akademi Kiado, 1963.

Таблица. Физические характеристики автоклавного газобетона в зависимости от плотности материала.

Плотность в сухом состоянии (кг/м3.

* N. Narayanan, K. Ramamurthy. Structure and properties of aerated concrete: a review Cement Concrete Composites 22 (2000) 321 329, Таблица 2.

Прочность неавтоклавного газобетона увеличивается на 30-80% в период между 28 днями и 6 месяцами с момента производства, частично за счет процессов карбонации [Hanecka C, Koronthalyova O, Matiasovsky P. The carbonation of autoclaved aerated concrete. Cem Concr Res 1997;27:589-99]. Прочность ячеистых бетонов на сжатие в значительной мере зависит от содержания влаги в материале и возрастает по мере просушки ячеистого бетона [Houst Y, Alou F, Wittmann FH. In uence of moisture content on the mechanical properties of autoclaved aerated concrete. In: Wittmann FH, editor. Proceedings Autoclaved Aerated Concrete, Moisture and Properties. Amsterdam: Elsevier; 1983. p. 219-233.] Прочность как автоклавных так и неавтоклавнх ячеистых бетонов возрастает при равной плотности с использованием золы [Ramamurthy K, Narayanan N. Infuence of fly ash on the Conference on Waste as Secondary Sources of Building Materials. New Delhi: BMTPC, 1999. p. 276-282] .или молотого сланца [Watson KL, Eden NB, Farrant JR. Autoclaved aerated materials from slate powder and portland cement. Precast Concr 1977:81-85 ] в качестве инертного наполнителя.

Порочность ячеистого бетона на растяжение и изгиб По разным данным прочность на разрыв для ячеистого бетона составляет от 10 до 35% от прочности на сжатие. [Legatski LA. Cellular concrete, significance of tests and properties of concrete and concrete making materials. In: Klieger PK, Lamond JF, editors. ASTM Special Technical Publication. Philadelphia, No. 169C. p. 533-539.

Прочность на изгиб для ячеистых бетонов низкой плотности стремится к нулю. Для ячеистых бетонов конструкционной плотности прочность на изгиб составляет 22-27% от прочности на сжатие. [Valore RC. Cellular concretes-physical properties. J Am Concr Inst 1954;25:817-836.

Усадка ячеистых бетонов при высыхании Усадка ячеистых бетонов происходит из-за потери несвязанной в процессе гидратации воды. К образованию трещин больше склонны ячеистые бетоны с большим удельным количеством микропор (неавтоклавный пенобетон). [ Ziembika H. Effect of micropore structure on cellular concrete shrinkage. Cem Concr Res 1977;7:323-332.] Ячеистый бетон имеющий в составе один только цемент (без добавления извести) гораздо более склонен к образованию трещин. Добавление пластификаторов в цементные растворы не приводит к снижению трещинообразования. Набор прочности ячеистым бетоном без автоклавирования в недостатке влаги (менее 20% от объема)ведет к образованию трещин. Автоклавирование предупреждает образование трещин из-за образования прочных тоберморитовых кристаллических структур. При этом уменьшение пористости ведет к уменьшению прочности и увеличению образования трещин, т.к. пористость напрямую связана с количеством образованного кристаллического тоберморита.

Капилляры ячеистого бетона и водопоглощение Пористая и капиллярная структура ячеистого бетона обуславливает сильное взаимодействие материала с водой и водяными парами. В сухом состоянии поры ячеистого бетона открыты, и через них преобладает транспорт водяных паров. При увеличении влажности мелкие поры заполняются влагой, и транспорт водяных паров существенно снижается. При контакте с водой включаются механизмы капиллярного подсоса влаги за счет механизмов сорбции и гигроскопичности. [Prim P, Witmann FH. Structure and water absorption of aerated concrete. In: Wittmann FH, editor. Proceedings Autoclaved Aerated Concrete, Moisture and Properties. Amsterdam: Elsevier; 1983. p. 43-53.

Долговечность ячеистых бетонов Автоклавный газобетон преимущественно состоит из прочного стабильного тоберморита, который гораздо прочнее и долговечнее, чем материал неавтоклавных ячеистых бетонов (пенобетона.

С другой стороны высокая проницаемость автоклавного газобетона для газов и влаги может привести к ускоренном разрушению основы материала. [RILEM recommended practice. Autoclaved aerated concrete /Properties, testing and design. E FN SPON, 1993.] Повреждение ячеистого бетона под воздействием замораживания возможно только при водонасыщении материала не ниже 20-40%. При большем водонасыщении и замораживании ячеистый бетон разрушается. [Roulet CA. Expansion of aerated concrete due to frost /Determination of critical saturation. In: Wittmann FH, editor. Proceedings Autoclaved Aerated Concrete, Moisture and Properties. Amsterdam: Elsevier; 1983. p. 157-169]. Под воздействием атмосферного углекислого газа и процессов карбонизации плотность и прочность ячеистых бетонов может незначительно увеличиваться со временем.

Долговечность конструкций газобетонной кладки снижается при переувалжнении и промерзании при облицовке отапливаемых зданий кирпичом без вентилируемого воздушного зазора, либо при наружном утеплении газобетона паронепроницаемым ЭППС.

Теплопроводность ячеистых бетонов Теплопроводность ячеистого бетона напрямую зависит от плотности, влажности и состава материала. Более мелкие поры обеспечивают меньшую теплопроводность. [Bave G. Aerated light weight concrete-current technology. In:Proceedings of the Second International Symposium on Lightweight Concretes. London, 1980. ] Увеличение влажности ячеистого бетона на 1% приводит к увеличению теплопроводности на 42%. Поэтому так важно не допускать увлажнения ячеистых бетонов при наружной отделке пенополистиролом и другими непаропронцаемыми материалами. [RILEM recommended practice. Autoclaved aerated concrete /Properties, testing and design. E FN SPON, 1993.

Огнестойкость ячеистых бетонов Огнестойкость ячеистых бетонов гораздо выше, чем обычного тяжелого бетона. [Valore RC. Cellular concretes-physical properties. J Am Concr Inst 1954;25:817-836.] Это в значительной мере обусловлено гомогенной структурой без разнородных включений, как в тяжелом бетоне, что приводит к образованию трещин из-за разного расширения элементов тяжелого бетона при нагревании. Лучшей устойчивостью к огню из-за меньшей газопроводимости и теплопроводности обладают ячеистые бетоны с закрытой ячеистой структурой.

Способ производства ячеистого бетона и режима набора прочности влияет на ячеистую структуру материала и определяет его физические свойства.

Физические свойства ячеистого бетона зависят от его плотности и влагонасыщения.

Химический состав ячеистого бетона засвистит от режима ухода за бетоном при наборе прочности. Автоклавный ячеистый бетон гораздо более прочный и долговечный, по сравнению с неавтоклавным из-за образования прочной кристаллической решетки тоберморита.

Автоклавный ячеистый бетон в 4-5 раз менее склонен к образованию трещин.

Критерием выбора стенового материала должен быть не способ образования ячеистой структуры бетона пенообразование (пенобетон) или газообразование (газобетон). Критерием выбора стенового материала должно быть наличие стадии автоклавирования при производстве ячеистого бетона . так как неавтоклавные ячеистые бетоны обладают худшими физическими свойствами по сравнению с автоклавными.

Реклама на сайте и СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСУЛЬТАЦИИ.

Петербургский врач Андрей Дачник, столкнувшись в 2003 году с необходимостью построить дом на даче, детально познакомился с суровой реальностью отечественного рынка домостроения.

Вследствие неутешительно-печальных результатов этого знакомства, автору пришлось погрузиться в пучину самостоятельного изучения основ архитектуры, проектирования и строительного дела. Автор готов поделиться полученными знаниями и приобретенным опытом.

Заказать индивидуальную строительную консультацию.

Получить бесплатные технические консультации Дачника по любым вопросам строительства и ремонта можно на форуме Околоток.

Индивидуальная помощь в строительстве в виде онлайн ответов на вопросы по выбору материалов и технологий для строительства или ремонта дома, конструкций дома, основам планировки и компоновки, устройства инженерных систем.

Производится разработка индивидуальной планировки дома на заказ с точки зрения рациональности конструктивных решений при выбранной технологии строительства и удобства пользования домом для всех членов семьи с учетом их интересов.

2008-2017. Андрей Дачник. Все права защищены.