Сравнение 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/м3  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 в пределах 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 μm. Макропоры  ячеистых бетонов имеют диаметр более чем 60 μm. 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  увеличивается 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.]

Физические характеристики автоклавного  газобетона в зависимости от плотности материала*

Плотность в сухом состоянии (кг/м3)

Прочность на сжатие (МПа)

Модуль эластичности (кН/мм2)

Теплопроводность (Вт°C)

400

1,3-2,8

0,18-1,17

0,07-0,11

500

2,0-4,4

1,24-1,84

0,08-0,13

600

2,8-6,3

1,76-2,64

0,11-0,17

700

3,9-8,5

2,42-3,58

0,13-0,21

* 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.

 Прочность 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 ускоренному 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 газобетонных конструкций снижается при переувлажнении 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.

 Предварительные выводы:

  1. Способ производства ячеистого бетона и режима набора прочности влияет на ячеистую структуру материала и определяет его физические свойства.
  2. Физические свойства ячеистого бетона зависят от его плотности и влагонасыщения.
  3. 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.
  4. Автоклавный чеистый бетон в 4-5 раз менее склонен к образованию трещин.

 Окончательный вывод:

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

КНИГИ

ПОХОЖИЕ МАТЕРИАЛЫ

КОЛЛЕКЦИЯ ОШИБОК

Test

АМЕРИКАНСКИЕ ИНТЕРЬЕРЫ

Test

Яндекс цитирования

 

© 2008-2013 Дачный портал Дача и Дом, Андрей Дачник: строительство дачных домов, дизайн, архитектура, тексты , фото, видео (если не обозначено иное авторство). Перепечатка материалов в любом виде без письменного разрешения запрещена. Вся приведенная на сайте информация является иллюстративным материалом личного опыта автора, и ни при каких условиях не может служить пособием, методикой или руководствовом для выполнения расчетов, проектирования, планирования и производства строительных работ или любых других действий. Используя опыт автора сайта Dacha-Dom.ru, вы делаете это исключительно на свой собственый страх и риск. Во всех случаях автор не может нести отвественности за любые прямые или косвенные убытки и потери, связанные с использованием информации с сайта Dacha-Dom.ru