Введение. Получение бездефектных изделий из газобетона возможно лишь при правильном подборе соотношения сырьевых компонентов, гранулометрического состава смеси, технологии подготовки газобетонной смеси [1, 2]. Так, от количественного соотношения кремнеземистого компонента и вяжущего зависит средняя плотность и прочность газобетона – с увеличением содержания кремнеземистого компонента средняя плотность газобетона увеличивается, а прочность уменьшается [3]. С другой стороны, повышение расхода вяжущего в неавтоклавном ячеистом бетоне обусловливает значительный рост усадки бетона в процессе эксплуатации, которая может достигать 2-3 мм/м [4, 5, 1].
При твердении газобетона в режиме нормального твердения или пропаривания при атмосферном давлении и температуре 70–90 °С конечная прочность изделий формируется за счет высокого химического потенциала «цемент – вода». В этой связи специфика технологии неавтоклавного газобетона требует применения высокоактивных вяжущих веществ [6] с повышенным расходом портландцемента в сравнении с автоклавной технологией [4, 1, 7]. Это обусловлено невысокой степенью гидратации портландцемента при таких режимах твердения в составе газобетонной смеси [6].
Основной причиной существенного различия свойств автоклавного и неавтоклавного ячеистого бетона является разный вид формирующейся при твердении структуры твердой фазы. У автоклавного газобетона более развита конденсационно-кристаллизационная структура, а у неавтоклавного – коагуляционная, переходящая со временем в коагуляционно-кристаллизационную структуру, которая сопровождается улучшением всех его свойств [8]. Для формирования цементного камня оптимальной структуры необходимо отметить преобладающее значение коагуляционных структур на начальных стадиях структурообразования. Это обстоятельство становится особенно важным для обоснования оптимальных параметров совместного воздействия физико-химических и механических факторов в процессе массопереноса фаз на начальной стадии структурообразования системы [9]. Возможность ускоренного формирования конденсационной структуры у неавтоклавного ячеистого бетона позволит отказаться от автоклавной обработки без снижения его качественных показателей [8].
В этом плане практический интерес представляют пути интенсификации процесса гидратации, улучшения качества структуры цементирующего вещества неавтоклавных газобетонов, при которых будет обеспечена достаточная прочность при сниженной средней плотности. Особенно важна роль химических и минеральных модификаторов для направленного регулирования структуры и свойств неавтоклавных поробетонов. По мнению профессора А.В. Ушерова-Маршака [10] объединение в составе комплексных или смешанных добавок компонентов водопонижающего, пластифицирующего, ускоряющего, воздухововлекающего, воздухоподавляющего и другого типов позволяет направленно совершенствовать технологию бетона. Особое значение при этом приобретает повышение степени гидратации цемента и продуктов гидратации при помощи введения добавок-ускорителей твердения [1].
По результатам исследований авторов [11] выявлено, что при использовании полевошпатовокварцевого песка в составе газобетона формируются плотные и прочные межпоровые перегородки и равномерная мелкопористая структура материала. Полученные неавтоклавные ячеистые бетоны имеют повышенную прочность, при средней плотности 500…550 кг/м3 составляющую 2,65…2,75 МПа, что на 15…20 % выше показателей, установленных стандартом. Минералы полевых шпатов песка в составах исходной шихты проявляют алюминатную активность к растворам гипса и извести. Присутствие их в смеси приводит к образованию гидросульфоалюминатных соединений, обеспечивающих повышенную растворимость исходных компонентов и продуктов гидратации портландцемента. Волокна асбеста, введенные в составы бетонных масс, участвуют в армировании газобетона, способствуют формированию границ раздела межпоровых перегородок и порового пространства, приближенных по форме к сфере. Асбест, обладая высокой адсорбционной способностью к продуктам гидратации портландцемента, активизирует химические процессы взаимодействия между компонентами бетонных масс.
Неавтоклавный ячеистый бетон изготавливают в основном при использовании портландцемента, и именно процессы схватывания и твердения цемента в присутствии компонентов ячеистой массы определяют минеральный состав новообразований и свойства изделий [12].
Ячеистый бетон можно рассматривать как строительный композит: материал с требуемыми свойствами можно получить путем изменения структуры матрицы (для ячеистых бетонов это межпоровые перегородки) композита путем введения волокнистых добавок различной природы в формовочные смеси, что приводит к эффективному улучшению свойств готовых изделий за счет их армирования [13, 14, 15].
Целью работы является исследовать влияние комплексной добавки на физико-механические свойства неавтоклавного газобетона.
Основная часть. Исходя из полученных результатов, опубликованных в работе [16] на следующем этапе исследований было важно оценить эффективность введения в состав газобетонной смеси комплексной добавки состоящей из сульфата натрия (ускорителя твердения) и побочного продукта верхнего слоя «горбушки» на физико-механические свойства неавтоклавного газобетона. Наименование составов газобетонных смесей и процентное содержание добавок представлены в табл. 1.
Таблица 1
Составы газобетонных смесей с добавками
|
№ |
Наименование состава |
Содержание добавки, % |
|
|
«горбушка» |
сульфат натрия |
||
|
1 |
ГБ1 (контрольный) |
- |
|
|
2 |
ГБ4 |
20 |
- |
|
3 |
А1 |
20 |
1,23 |
|
4 |
А2 |
20 |
2,4 |
|
5 |
А3 |
20 |
3,7 |
Из полученной газобетонной смеси объемом 5 л формовали образцы кубы с размером ребра 10 см и затем по режиму τ (2+6+3) при температуре 60 °С выдерживали в камере для тепловой обработки. Одновременно часть газобетонной смеси загружали в прибор ПГВ-2 для определения кинетики газовыделения и коэффициента диффузии, опубликованные в работе [16]. Результаты физико-механических испытаний образцов газобетона с различным содержанием комплексной добавки приведены на рис. 1.
Выводы. Сравнительный анализ результатов показал, что введение в состав газобетонной смеси сульфата натрия в количестве 1,23 % от массы цемента с оптимальной дозировкой побочного продукта верхнего слоя «горбушки» (А1) позволило повысить прочность газобетона на
30 % относительно контрольного состава и на
15 % относительно состава ГБ4 без сульфата натрия. Коэффициент конструктивного качества у состава А1 на 17% выше чем у ГБ2, что позволило принять его за базовый при производстве газобетонных изделий на действующем предприятии.
Рис. 1. Результаты физико-механических испытаний образцов газобетона с различным содержанием добавок
