Свойствах фибропенобетона неавтоклавного твердения и изделий из него

Приведены результаты экспериментальных исследований влияния синтетической фибры на свойства пенобетонов неавтоклавного твердения. Перечислены преимущества, достигаемые в строительстве при использовании изделий из фибропенобетона.
Понимание ограниченности материальных ресурсов на планете Земля привело к тому, что развитые страны ещё в середине
ХХ века приняли жесткие нормативы, регламентирующие размеры тепловых выбросов в окружающую среду. В России новые требования к сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций зданий вступили в действие с 01.01.2000 г. (СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника»). Таким образом, государство с одной стороны резко ограничило негативное влияние результатов жизнедеятельности населения на экологическое равновесие окружающей среды, а с другой – законодательно определило условия для снижения расходов энергии на поддержание комфортного теплового режима в зданиях (отопление и кондиционирование).
Снижение энергоемкости потребления возможно при повышении сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций зданий. Поэтому к технологии ячеистых бетонов, применение которых способствует снижению материалоёмкости возводимых объектов и расходов энергии на их эксплуатацию, обращено пристальное внимание ученых и практиков. По мнению специалистов, оптимальным решением противоречивой проблемы улучшения теплозащитных свойств и увеличения долговечности ограждающих конструкций зданий, являются одно- или двухслойные (в сочетании с кирпичом) стены из ячеистых бетонов плотностью 400…600 кг/м3. В условиях постоянного и быстрого роста цен на энергоносители особой привлекательностью обладают изделия из ячеистых бетонов неавтоклавного твердения.
Практически все разновидности пенобетонов естественного твердения характеризуются интенсивным развитием усадочных деформаций как в период набора прочности, так и в течение первых трех лет эксплуатации. Причем, чем меньше средняя плотность, тем выше усадка. Усадка пенобетонов неавтоклавного твердения плотностью 300…400 кг/м3 может достигать 7 мм/м [1]. Параметры усадочных деформаций предопределяют эксплуатационные свойства бетонов и долговечность изготовляемых из них конструкций.
Важнейшей причиной развития усадочных деформаций в пенобетонах неавтоклавного твердения являются трещины, возникающие в межпоровых перегородках материала в ходе технологической переработки исходного сырья и твердения цементного вяжущего. При устранении трещин или причин, ведущих к их возникновению, возможно существенное снижение усадочных деформаций. Экспериментально этот тезис подтверждается результатами исследований, выполненных в Ростовском государственном университете, которые показывают, что дисперсное армирование синтетическими волокнами позволяет весьма эффективно влиять на размеры усадочных деформаций в пенобетонах неавтоклавного твердения (рис. 1), и, как следствие, на их физические и механические свойства.
Известно [2], что к 180 дням общая усадка пенобетонов неавтоклавного твердения достигает примерно 75% своей максимальной величины. Из графика на рис. 1 видно, что усадочные деформации фибропенобетона в 2…4 раза меньше, чем в равноплотном ему пенобетоне, а по абсолютной величине приближаются к значениям усадочной деформативности цементных бетонов слитной структуры.
Причиной столь существенного снижения усадочных деформаций является дисперсное армирование пенобетонов отрезками полиамидных волокон. Гибкие волокна, длина которых в 1000 и более раз превышает размеры их поперечного сечения, а также мельчайших зернистых частиц вяжущего, способны искривляться под действием поверхностных сил, развивающихся в пенобетонных смесях при перемешивании компонентов. Согласно уравнению Гамакера [3], на поверхности волокон, равномерно распределенных в объёме смеси, располагаются зернистые частицы твердой фазы. Первыми к протяженным поверхностям раздела фаз (волокнам) перемещаются мельчайшие из них [4], энергетическое состояние которых регулируется объёмной концентрацией в них жидкой фазы. По данным В.Т. Перцева [5], толщина водных пленок, прочно связанных с поверхностью твердой фазы, пропорциональна размерам частиц. Поэтому на поверхности дисперсной арматуры закономерно формируется вариотропная структура бетонной смеси, способность которой к накоплению дефектов в виде трещин ограничивается геометрическими параметрами и количеством фибры [6].
Дисперсно армированные пенобетонные смеси характеризуются повышенной агрегативной устойчивостью и кинетикой пластической прочности [6, 7]. Эти качества предопределяют существенное уменьшение числа дефектов, возникающих в них под действием гравитационных сил и коалесценции пенных пленок в период перехода от вязких связей к упруго-пластическим. Таким образом, создаются энергетико-технологические предпосылки для получения пенобетонов, интегральные характеристики которых лучше тех, что изготавливаются без дисперсной арматуры.
Исследования показали, что дисперсное армирование пенобетонов синтетическими волокнами обуславливает не только снижение деформаций усадки, но закономерное понижение проницаемости (см. таблицу). Методом термограмм сушки установлено, что по сравнению с равноплотным пенобетоном в фибропенобетоне:
- удельная поверхность межпоровых перегородок, регламентирующая содержание гигроскопической и адсорбционной влаги, уменьшается на 10…15%;
- количество микрокапиллярной влаги, отражающей меру микротрещинообразования материала, понижается на 20…23%;
- количество адсорбционной влаги, характеризующей степень шероховатости (фрактальности) поверхности пор, меньше примерно в 2 раза.
Установлено уменьшение теплопроводности фибропенобетонов по сравнению с равноплотными пенобетонами (рис. 2), особенно существенное в пенобетонах конструкционно-теплоизоляционного назначения, средняя плотность которых, превышает 700 кг/м3.
Повышение прочности пенобетонов при дисперсном армировании их волокнами за счет уменьшения количества дефектов структуры в бетонной матрице и увеличения объёма, в котором происходит диссипация энергии нагружения, особенно значимо при воздействии растягивающих и изгибающих нагрузок. Установлено повышение модуля упругости на 15…19%, предельной растяжимости на 40…60% (рис. 3). Эффективность дисперсного армирования при испытаниях балок размером 310х100х50 мм на растяжение при изгибе, определенная по энергоёмкости работы разрушения, достигает:
- на момент появления первой трещины в растянутой зоне – 5…15%;
- на момент начала развития магистральной трещины – 10…14 раз;
- на момент разрушения – 70…80 раз.
Полученные результаты свидетельствуют об эффективном и положительном влиянии дисперсного армирования синтетическими волокнами на свойства пенобетонов неавтоклавного твердения. Разработанная автором технология [8], в соответствии с лицензионным договором, используется ЗАО «ФИПЕБ» (г. Ростов-на-Дону). Впервые в практике стройиндустрии России, благодаря свойствам материала стал возможен промышленный выпуск стеновых изделий [9, 10], геометрические размеры которых отличаются машиностроительной точностью. Это позволяет в ходе выполнения строительно-монтажных работ и эксплуатации строительных конструкций достигать следующих преимуществ:
- в 2…2,5 раза повышать производительность труда на кладочных работах;
- осуществлять кладку на строительных клеях из сухих смесей при температуре окружающей среды от +40 до – 160С;
- отказываться от оштукатуривания поверхностей, ограничиваясь шпатлеванием, дополнительно снижая, таким образом, материало- и трудоемкость возведения строительных конструкций;
- при низком уровне квалификации рабочих достигать высокого качества кладочных работ;
- обеспечивать нормативное сопротивление теплопередаче при снижении массы ограждающих конструкций в 2…3 раза;
- улучшать звукоизоляционные свойства стен;
- понижать уровень травмоопасности при разрушении конструкций в чрезвычайных ситуациях;
- расширять номенклатуру теплоэффективных строительных конструкций.   

Библиографический список:
1. Махамбетова У.К., Солтанбеков Т.К., Естемесов З.А. Современные пенобетоны. – СПб, ГУПС, 1999. – 161 с.
2. Застава М.М. К оценке усадки и ползучести ячеистых бетонов/Сб.тр.: Ячеистые бетоны. Вып.2. – Л.: Стройиздат, 1972. – С.21–29.
3. Моргун Л.В. К вопросу о закономерностях формирования структуры бетонов при дисперсном армировании их волокнами//Известия вузов. Строительство, 2003, №8. – С.58 – 62.
4. Фадеева В.С. Формирование структуры пластичных паст строительных материалов при машинной переработке. – М.: Стройиздат, 1972. – 222 с.
5. Перцев В.Т. Управление процессами раннего структурообразования бетонов. Дисс. …д.т.н. – Воронеж, 2001. – 433 с.
6. Моргун Л.В., Моргун В.Н. Влияние дисперсного армирования на агрегативную устойчивость пенобетонных смесей//Строительные материалы, 2003, №1. – С.33–35.
7. Моргун Л.В., Крылова О.И., Шевалдыкина П.В. Оценка влияния концентрации ПАВ на кинетику пластической прочности пено- и фибропенобетонов // Сб.тр.: Железобетон, строительные материалы и тех-нологии в III тысячелетии, РГСУ, Ростов-на-Дону, 2003. – С.52–56.
8. Моргун Л.В. Патент на изобретение №2133244 «Сырьевая смесь для изготовления ячеистых бетонов», зарегистрирован в Гос. реестре изобр. РФ 20.07.1999 г.
9. Айрапетов Г.А. и др. Свидетельство на полезную модель №28144 «Стеновой блок», зарегистрировано в Гос. реестре полезных моделей РФ 10.03.2003 г.
10. Моргун Л.В. и др. Патент на полезную модель №32514 «Железобетонная перемычка», зарегистрирован в Гос. реестре полезных моделей РФ 20.09.2003 г.