1790

Таблица 24

Зависимость прочности и плотности пенобетона, изготовленного из магнезиального цемента методом «сухой» минерализации, от расхода раствора бишофита плотностью 1,2 г/см3

Пенообразователь – синтанол (10 г/л), стабилизатор пены – клей МЦ (2,5 г/л)

Рис.18. Зависимость плотности пеномагнезиальной смеси от расхода раствора бишофита: 1 – состав без добавок; 2 – состав с добавкой цемянки

63

Варьирование соотношения бишофит: ПМК-75 позволило получить пенобетон с различными прочностью и плотностью. Приведенные данные свидетельствуют, что полученные материалы, согласно ГОСТ 25485 – 89 [20], относятся к группе теплоизоляционных и конструкционно – теплоизоляционных бетонов.

В первую группу попадают материалы с плотностью 300 – 400 кг/м3, прочностью при сжатии до 7,5 кгс/см2, а во вторую – с плотностью 500 – 800 кг/м3 и прочностью при сжатии 10 – 35 кгс/ см2.

Зависимость прочности образцов пенобетона от плотности свидетельствует, что прочность изделия определяется, главным образом, количеством газовых полостей. Изменение отношения бишофит: ПМК75 в этом диапазоне значений на прочность не сказывается. Оба пенообразователя пригодны для изготовления пенобетона, однако синтанол предпочтительнее, поскольку использование СЖК требует дополнительных затратнаприобретениещелочи, необходимой для нейтрализации.

5.4. Двухстадийный способ минерализации пены

При изготовлении пенобетона по второму, двухстадийному, способу часть раствора бишофита использовали для приготовления пены, а остатком затворяли ПМК-75. В этой серии экспериментов были изучены зависимость свойств пенобетона от раствора бишофита и количества синтанола в растворе. Результаты определения прочности и плотности образцов пенобетона в разные сроки твердения приводятся в табл. 25. По этому способу минерализации образцы получаются более тяжелыми. Они относятся к группе конструкционно-тепло- изоляционных и даже конструкционных материалов.

Концентрация синтанола может быть уменьшена до 1 г/л. Определяющим параметром, влияющим на прочность образцов, является размер и количество газовых полостей. Увеличение концентрации синтанола приводит к положительному эффекту уменьшения размеров газовых полостей. Поэтому, если это позволяют экономические соображения, работать предпочтительнее с раствором синтанола с концентрацией 10 г/л.

Для пористых строительных материалов важными характеристиками являются такие показатели как морозостойкость, теплопроводность и водопроницаемость. Для изучения этих характеристик изготавливали образцы в форме кубов с размером ребра 100 мм (для опре-

64

Таблица 25

Зависимость прочности и плотности пенобетона, изготовленного на основе магнезиального цемента по двухстадийной технологии, от расхода раствора бишофита и синтанола (плотность раствора бишофита 1,2 г/см3, расход стабилизатора – клея МЦ – 5 г/л)

деления морозостойкости) и 150 мм (для определения теплопроводности и водопроницаемости). Образцы изготовляли методом «сухой» минерализации, состав – оптимальный, согласно проведенным исследованиям. Определение морозостойкости проводилось в соответствии с ГОСТ 25485 – 89 [20]. Часть образцов была испытана после 15 циклов «замораживание – оттаивание», остальные – после 25 циклов. Результаты испытаний приведены в табл. 26 (верхняя строчка для образцов одинаковой плотности соответствует 15 циклам «замораживание – оттаивание», нижняя – 25 циклам).

Полученные данные однозначно свидетельствуют, что пенобетон полностью отвечает требованиям стандарта по морозостойкости.

Определение водопроницаемости пенобетона выполнялось в лаборатории АО «Железобетон – 5». Установлено, что образцы пенобетона, изготовленные на основе магнезиального цемента по предложенной технологии, плотностью 1080 – 1116 кг/м3 имеют марку по водопроницаемости W2 согласно ГОСТ 12730.5 – 84 [21].

Измерение теплопроводности пенобетона проводили в лаборатории кафедры дорожных и строительных материалов СибАДИ на установке для измерения теплопроводности ИТ-1, применение которой предусмотрено ГОСТ 7076 – 87 [22]. Диапазон измерения составил от

0,04 до 1,00 Вт/м·град.

Подготовкаобразцовкиспытаниямпотеплопроводностивключаетвсебя:

1)высушивание образцов до постоянной массы при 105±5 оС;

2)определение плотности высушенных образцов;

3)образование в каждом образце отверстия, соответствующего длине и диаметру зонда;

4)термостатирование образца в пассивном термостате из пенополистирола в течение 2 часов.

Для получения достоверных данных для каждого образца проводили по два измерения. Результаты испытаний представлены в табл.27.

Таблица 27

Теплопроводность образцов пенобетона на основе магнезиального цемента разной плотности

Полученные результаты свидетельствуют, что полученный материал соответствует требованиям к ячеистым бетонам конструкцион- но-теплоизоляционного и конструкционного назначения в пределах допускаемых отклонений по п.1.3.6. ГОСТ 25485 – 89 [20].

66

5.5. Свойства пенобетонов на основе магнезиального цемента

В литературе [23] наибольшее внимание уделяется следующим свойствам пенобетонов: гигроскопичности, водопоглощению, прочности, коэффициенту теплопроводности, огнестойкости, морозостойкости, объёмному весу и структуре материала.

Гигроскопичность теплоизоляционных материалов является решающим показателем в вопросах, связанных с применением таких материалов в жилищном и промышленном строительстве. Гигроскопичность материалов обусловлена адсорбцией и капиллярной конденсацией паров воды в порах материала. По сравнению с пенобетоном на основе портландцемента у пеномагнезита ожидается большая гигроскопичность, так как в его состав входят водорастворимые соединения. Гигроскопичность строительных материалов на основе магнезиального цемента будет изменяться в зависимости от количества свободного хлорида магния, входящего в состав пеномагнезита. Особенно остро эта проблема встает в случае применения высокопластичных растворов с большим избытком затворителя.

Предварительные исследования [23] гигроскопичности пеномагнезита на растворах хлорида и сульфата магния показали, что через 5 суток гигроскопичность пеномагнезита, изготовленного с применением хлорида магния, составляла 4 – 6 %, и с применением сульфата магния – около 2,5 %. В табл. 28 и на рис. 19 приведены данные о гигроскопичности пеномагнезита, затворенного растворами хлорида и сульфата магния одной и той же плотности (1,165 г/см3).

Таблица 28

Гигроскопичность пеномагнезита в зависимости от состава вяжущего

Пеномагнезит отличался только вяжущим: серия А был получен на чистом магнезиальном вяжущем без добавок, серия В – на смешанном вяжущем, в состав которого введен тонкомолотый кварцевый песок, серия С – также получен на смешанном вяжущем, в которое вводили 50 % тонкомолотого красного кирпича (цемянки).

67

Гигроскопичность определялась на кубиках пеномагнезита размерами 5 х 5 х 5 см, высушенных до постоянного веса перед помещением их в эксикатор с водой. Прирост веса кубиков определяли в указанные сроки и относили к объему.

Рис.19. Зависимость гигроскопичности пеномагнезита от природы вяжущего и жидкости затворения

Как следует из приведенных данных, гигроскопичность пеномагнезита зависит от вида соли, взятой для приготовления жидкости затворения. Пеномагнезит, полученный с помощью сульфата магния, обладает значительно меньшей гигроскопичностью. Очевидно также, что гигроскопичность материала зависит от вида тонкомолотых инертных добавок, вводимых в цемент для снижения расхода каустического магнезита. Цемянка в данном случае даёт самые хорошие результаты, значительно уменьшая гигроскопичность материала.

Были проведены исследования гигроскопичности на менее концентрированных растворах хлорида и сульфата магния, а также на растворе сульфата железа (плотность растворов составляла 1,13 г/см3). Исследования проводили в течение двух месяцев. Сравнение проводилось с пенобетоном на основе портландцемента. Результаты приведены в табл. 29. Во всех образцах в качестве инертной добавки была взята цемянка. Все образцы имели один и тот же объёмный вес.

Пеномагнезит на сульфате железа имел менее однородную структуру, так как сульфат – ион разрушающе действует на пену, особенно в случае с сульфатом железа.

68

Таблица 29

Зависимость гигроскопичности пеномагнезита от вида затворителя

Структура пеномагнезита на сульфате магния также менее однородна по сравнению со структурой пеномагнезита на основе хлорида магния. Но гигроскопичность материалов на основе растворов сульфатов значительно ниже, чем на основе раствора хлорида магния и практически совпадает с гигроскопичностью пенобетона на основе портландцемента.

Дополнительно были проведены исследования зависимости гигроскопичности пеномагнезита от концентрации растворов хлорида и сульфата магния. Они приведены в табл. 30.

Таблица 30

Гигроскопичность пеномагнезита в зависимости от концентрации жидкости затворения

Очевидно, что с повышением концентрации гигроскопичность материала увеличивается независимо от вида затворителя.

Водопоглощение – полное насыщение водой материала при погружении кубиков размером 5 х 5 х 5 см в воду. Определено [23], что водопоглощение пеномагнезита объёмного веса 400 – 500 кг/м3 изменяется в пределах от 17 до 25 объёмных %. Водопоглощение пеномагнезита значительно ниже, чем у других теплоизоляционных материалов и приблизительно такое же, как упенобетона на основе портландцемента.

69

Прочность определяли как сопротивление сжатию кубиков пеномагнезита размером 5 х 5 х 5 см. Прочность пеномагнезита плотностью 400 – 500 кг/м3, изготовленного на основе каустического магнезита нормального обжига, достигает 40 кг/см2. При этом расход каустического магнезита можно снизить, заменяя его тонкомолотыми инертными добавками. Исследования показали [23], что расход каустического магнезита может быть снижен до 90 кг/м3, то есть в производстве пеномагнезита может применяться смешанное вяжущее, содержащее всего 25 % каустического магнезита. В табл. 31 приведены данные испытаний на прочность при сжатии пеномагнезита плотностью 400 – 450 кг/м3, полученного на основе каустического магнезита с добавлением цемянки и затворенного раствором хлорида магния плотностью 1,13 г/см3. Для сравнения следует указать, что прочность при сжатии пенобетона на основе портландцемента с расходом вяжущего 350 кг/м3 составляет 6 – 10 кг/см2, в среднем 8 кг/см2.

Прочность пеномагнезита зависит от дозировки раствора соли и ее концентрации. Нормальным соотношением в замесах с магнезитом и цемянкой между раствором соли и вяжущим следует считать 0,6 – 0,7. Это соотношение справедливо при использовании в качестве жидкости затворения раствора хлорида или сульфата магния. При уменьшении количества раствора соли в замесе прочность пеномагнезита резко снижается. Повышенный расход соли на прочность сказывается в меньшей степени, но приводит к значительному повышению гигроскопичности пеномагнезита. В табл. 32 приводятся данные по влиянию концентрации раствора на прочность при сжатии образцов пеномагнезита плотностью 400 – 500 кг/м3 на смешанном вяжущем (каустический магнезит : цемянка = 1 : 0,5).

70

Таблица 32

Прочность пеномагнезита при сжатии в зависимости от концентрации раствора соли

Для пеномагнезита на растворах сульфатов магния и железа были получены аналогичные результаты [24, 25].

Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что максимальная прочность пеномагнезита получается при использовании растворов хлорида или сульфата магния плотностью 1,15 – 1,16 г/см3. В целях снижения гигроскопичности пеномагнезита можно применять растворы указанных солей плотностью 1,13 г/см3. Пеномагнезит наибольшей прочности получается на растворе хлорида магния, но он обладает повышенной гигроскопичностью.

Прочность пеномагнезита растет с повышением его объёмного веса. Так, при повышении объёмного веса от 400 до 600 кг/м3 прочность пеномагнезита на смешанном вяжущем с цемянкой состава 1 : 0,5 увеличивается на 20 – 25 %.

На прочность материала большое влияние оказывает качество размола вяжущего и инертных добавок [26]. Применение грубодисперсного каустического магнезита и цемянки приводит к резкому падению прочности пеномагнезита. При одинаковых условиях прочность пеномагнезита на грубодисперсном вяжущем может снизиться на 50 % и больше.

Следует отметить, что тонкость помола компонентов смешанного вяжущего влияет и на технологию получения пеномагнезитных блоков. В случае применения грубодисперсных материалов на нижней поверхности пеномагнезита образуется плотная корка, трудно поддающаяся удалению.

Для качественной оценки теплоизоляционных свойств материалов определяют коэффициент теплопроводности – основной показатель и решающий фактор при выборе толщины стен. Для испытаний были взяты три образца пеномагнезита: серии А – на чистом магнезиальном цементе, серии В – с добавкой молотого кварцевого песка в

71

количестве 50 % от веса каустического магнезита, серии С – с добавкой в тех же количествах цемянки. Все образцы получали затворением раствором хлорида магния плотностью 1,165 г/см3, плотность готовых образцов составляла 350 кг/м3. В табл. 33 приведены результаты определения коэффициента теплопроводности для указанных средних температур.

Таблица 33

Результаты определения коэффициента теплопроводности образцов пеномагнезита в зависимости от вида вяжущего

Полученные данные позволяют рассматривать пеномагнезит как материал с относительно высокими теплоизоляционными свойствами. Для сравнения коэффициент теплопроводности пенобетона плотно-

стью 500 – 600 кг/м3 равен 0,11 – 0,12.

Огнестойкость пеномагнезита выше, чем пенобетона на портландцементе. Кристаллический гидроксохлорид магния, входящий в состав магнезиального цемента, разрушается при температурах, значительно более высоких чем соединения, входящие в состав портландцемента. Уже при повышении температуры свыше 100 оС прочность пенобетона на основе портландцемента резко снижается, а прочность пеномагнезита остается неизменной. Некоторое снижение прочности при сжатии наблюдается при температурах выше 200 оС, и только при нагревании выше 300 оС пеномагнезит начинает разрушаться. В табл. 34 приводятся данные прочности при сжатии пеномагнезита различного состава после нагревания.

72