Методические рекомендации. Применение и изготовление ячеистого фибробетона

МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА И ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АВТОНОМНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЦЕНТР НОРМИРОВАНИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИИ И ОЦЕНКИ СООТВЕТСТВИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ»

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ПРИМЕНЕНИЕ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЯЧЕИСТОГО ФИБРОБЕТОНА

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящие Рекомендации разработаны в развитие СП 339.1325800.2017 «Конструкции из ячеистых бетонов. Правила проектирования» и СП 297.1325800.2017 «Конструкции фибробетонные с неметаллической фиброй. Правила проектирования».

Задачами Рекомендаций являются:

• разъяснение особенностей изготовления и применения ячеистого фибробетона в изделиях и конструкциях жилых и общественных зданий и сооружений;
• обеспечение реализации требований СП 339.1325800.2017 «Конструкции из ячеистых бетонов. Правила проектирования», ВСН 56-97 «Проектирование и основные положения технологий производства фибробетонных конструкций» и СП 297.1325800.2017 «Конструкции фибробетонные с неметаллической фиброй. Правила проектирования»;
• рекомендации и разъяснения особенностей проектирования изделий и конструкций из ячеистого фибробетона;
• развитие положений СП 339.1325800.2017 «Конструкции из ячеистых бетонов. Правила проектирования», СП 297.1325800.2017 «Конструкции фибробетонные с неметаллической фиброй. Правила проектирования», ВСН 56-97 «Проектирование и основные положения технологий производства фибробетонных конструкций», СП 63.13330.2012 «СНиП 52-01-2003 „Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения“ (с изменениями № 1, 2), СП 70.13333 „СНиП 3.03.01-87 „Несущие и ограждающие конструкции“, для повышения качества выполняемых строительно-монтажных, проектных работ, сокращения сроков и снижения стоимости изготовления за счет использования типовых единых практических подходов к выполнению работ на основе унифицированных методик и технологий.»

В Рекомендациях обобщен имеющийся опыт производства изделий из дисперсно-армированного ячеистого фибробетона.

Рекомендации разработаны НИИЖБ им. А.А. Гвоздева АО «НИЦ Строительство» (д.т.н. В.Ф. Степанова, к.т.н. В.И. Савин, к.т.н. В.Н. Строцкий, инж. С.Г. Зимин) в соавторстве с РГСУ (д.т.н., проф. Г.В. Несветаев, к.т.н. Л.В. Моргун).

В Рекомендациях использованы материалы исследований НИИЖБ им. А.А. Гвоздева (доктор материаловедения, академик РИА В.Р. Фаликман, д.т.н. Т.А. Мухамедиев, к.т.н. А.М. Крохин, к.т.н. Т.А. Ухова, к.т.н. А.В. Бучкин), Ростовского Государственного Строительного Университета (РГСУ) (д.т.н., проф. Г.В. Несветаев, к.т.н. В.Н. Моргун, к.т.н. Л.В. Моргун), Санкт-Петербургского Государственного Архитектурно-строительного университета (д.т.н., проф. Ю.В. Пухаренко, к.т.н. И.О. Суворов), Центра ячеистых бетонов при НП «Межрегиональная Северо-Западная строительная палата», Санкт-Петербург (к.т.н. В.П. Вылегжанин), Национальной Ассоциации производителей Автоклавного Газобетона (НААГ), Санкт-Петербург (Исполнительный директор Г.И. Гринфельд), ГП «НИИСМИ», Киев (д.т.н., проф. С.Д. Лаповская), Томского политехнического университета, Томск (Н.А. Митина, В.А. Лотов), а также авторов Патентов (см. Приложение 3) и авторов, приведенных в Приложении 4 «Список использованной научно-технической литературы».

Замечания и предложения по содержанию Рекомендаций просим направлять в НИИЖБ по адресу: 109389, Москва, 2-я Институтская ул., д. 6.

1 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

1. ГОСТ 201-76 «Тринатрийфосфат. Технические условия»

2. ГОСТ 310.1-76 «Цементы. Методы испытаний. Общие положения»

3. ГОСТ 310.3-76 «Цементы. Методы определения нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объема»

4. ГОСТ 310.4-81 «Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии»

5. ГОСТ 969-91 «Цементы глиноземистые и высокоглиноземистые. Технические условия»

6. ГОСТ 2067-93 «Клей костный. Технические условия»

7. ГОСТ 2263-79 «Натр едкий технический. Технические условия»

8. ГОСТ 2823-73 «Термометры стеклянные технические. Технические условия»

9. ГОСТ 3056-90 «Клей казеиновый в порошке. Технические условия»

10. ГОСТ 3476-74 «Шлаки доменные и электротермофосфорные гранулированные для производства цементов»

11. ГОСТ 3773-72 «Аммоний хлористый. Технические условия»

12. ГОСТ 4013-82 «Камень гипсовый и гипсоангидритовый для производства вяжущих материалов. Технические условия»

13. ГОСТ 4146-74 «Реактивы. Калий надсернокислый. Технические условия»

14. ГОСТ 4221-76 «Калий углекислый. Технические условия»

15. ГОСТ 5100-85 «Сода кальцинированная техническая. Технические условия»

16. ГОСТ 5494-95 «Пудра алюминиевая. Технические условия»

17. ГОСТ 5742-76 «Изделия из ячеистых бетонов теплоизоляционные»

18. ГОСТ 7076-99 «Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме»

19. ГОСТ 8325-2015 «Стекловолокно. Нити крученые комплексные. Технические условия»

20. ГОСТ 8736-2014 «Песок для строительных работ. Технические условия»

21. ГОСТ 9179-77 «Известь строительная. Технические условия»

22. ГОСТ 9238-2013 «Габариты железнодорожного подвижного состава и приближения строений»

23. ГОСТ 9552-76 «Цементы глиноземистый, высокоглиноземистый и гипсоглиноземистый расширяющийся. Методы химического анализа»

24. ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия»

25. ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам»

26. ГОСТ 10690-73 «Калий углекислый технический (поташ). Технические условия»

27. ГОСТ 11118-2009 «Панели из автоклавных ячеистых бетонов для наружных стен зданий. Технические условия»

28. ГОСТ 12730.1-78 «Бетоны. Методы определения плотности»

29. ГОСТ 12730.2-78 «Бетоны. Метод определения влажности»

30. ГОСТ 12871-2013 «Хризотил. Общие технические условия»

31. ГОСТ 13078-81 «Стекло натриевое жидкое. Технические условия»

32. ГОСТ 17139-2000 «Стекловолокно. Ровинги. Технические условия»

33. ГОСТ 17623-87 «Бетоны. Радиоизотопный метод определения средней плотности»

34. ГОСТ 18343-80 «Поддоны для кирпича и керамических камней. Технические условия»

35. ГОСТ 18886-73* «Формы стальные для изготовления железобетонных и бетонных изделий. Общие технические требования»

36. ГОСТ 19113-84 «Канифоль сосновая. Технические условия»

37. ГОСТ 19570-2017 «Панели из автоклавных ячеистых бетонов для внутренних несущих стен, перегородок и перекрытий жилых и общественных зданий. Технические требования»

38. ГОСТ 20259-80 «Контейнеры универсальные. Общие технические условия (с Изменениями № 1 — 4)»

39. ГОСТ 21458-75 «Сульфат натрия кристаллизационный. Технические условия»

40. ГОСТ 21520-89 «Блоки из ячеистых бетонов стеновые мелкие»

41. ГОСТ 21718-84 «Материалы строительные. Диэлькометрический метод измерения влажности»

42. ГОСТ 22693-98 «Нить полиамидная для резинотехнических изделий. Технические условия»

43. ГОСТ 23732-2011 «Вода для бетонов и строительных растворов. Технические условия»

44. ГОСТ 23789 «Вяжущие гипсовые. Методы испытаний»

45. ГОСТ 24211-2008 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия»

46. ГОСТ 24748-81 «Штучные термоизоляционные материалы типа известково-кремнеземистых изделий»

47. ГОСТ 25485-89 «Бетоны ячеистые. Технические условия»

48. ГОСТ 25818-2017 «Золы-уноса тепловых электростанций для бетонов. Технические условия»

49. ГОСТ 25892-85 «Зола гидроудаления. Технические условия»

50. ГОСТ 25898-2012 «Материалы и изделия строительные. Методы определения паропроницаемости и сопротивления паропроницанию»

51. ГОСТ 27006-86 «Бетоны. Правила подбора составов»

52. ГОСТ 29167-91 «Бетоны. Методы определения характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении»

53. ГОСТ 31108-2016 «Цементы общестроительные. Технические условия»

54. ГОСТ 31359-2007 «Бетоны ячеистые автоклавного твердения. Технические условия»

55. ГОСТ 31360-2007 «Изделия стеновые неармированные из ячеистого бетона автоклавного твердения»

56. ГОСТ Р 51626-2000 «Волокна химические (синтетические). Требования безопасности»

57. ГОСТ Р 52129-2003 «Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей. Технические условия»

58. ГОСТ Р 53098-2008 «Барда кормовая. Технические условия»

59. СП 15.13330.2012 «СНиП II-22-81*. Каменные и армокаменные конструкции»

60. СП 50.13330.2012 «СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий»

61. СП 63.13330.2012 «СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения»

62. СП 70.13330.2012 «СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции»

63. СП 297.1325800.2017 «Конструкции фибробетонные с неметаллической фиброй. Правила проектирования»

64. СП 339.1325800.2017 «Конструкции из ячеистых бетонов. Правила проектирования»

2 ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Для целей настоящих Рекомендаций используются основные понятия, установленные законодательством Российской Федерации о техническом регулировании, о безопасности зданий и сооружений, о градостроительной деятельности, о пожарной безопасности, термины и определения, установленные СП 63.13330.2012, ГОСТ 25485-89, ГОСТ 11118-2009, ГОСТ 18105-2010, ГОСТ 31359-2007, ГОСТ 31360-2007.

В настоящем своде правил применено также следующее определение:

• ячеистый фибробетон (фибропенобетон): бетон пористой структуры, содержащий рассредоточенные, хаотично ориентированные волокна.

3 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Настоящие Рекомендации распространяются на изготовление и применение дисперсно армированных неметаллической фиброй (крупные и мелкие блоки, стеновые панели, плиты перекрытий и покрытий) изделий из неавтоклавного и автоклавного ячеистых пенобетонов: теплоизоляционных марок по средней плотности D100 — D400, конструкционно-теплоизоляционных марок по средней плотности D500 — D900 и конструкционных марок по средней плотности D1000 — D1200.

4 ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МАТЕРИАЛОВ

4.1 В качестве вяжущих для приготовления армированного фиброй ячеистого бетона рекомендуется применять:

а) портландцемент марки ПЦ500 ДО по ГОСТ 31108 и ГОСТ 10178 марок не ниже М400 без добавок трепела, глиежа, трасов, глинита, опоки пеплов, содержащий трехкальциевый алюминат (C3A) не более 4,5% по массе. Удельная поверхность цемента должна быть 3000 см2/г для конструкционного и конструкционно-теплоизоляционного и 3000 — 4000 см2/г — для теплоизоляционного ячеистого бетона. Возможность применения портландцемента более низких марок и шлакопортландцемента должна обосновываться положительными производственными испытаниями.

Для ячеистых бетонов неавтоклавного твердения рекомендуется применять портландцемент без добавок, не ниже марки 400 по ГОСТ 10178 или класса 32,5 по ГОСТ 31108, так как менее активные цементы не обеспечивают достаточно быстрый набор прочности ячеистой массы и тем самым могут привести к осадке смеси. Наличие же добавок может привести к их негативной реакции с белковой пеной и вызвать усадку.

Существенное влияние на усадку оказывает тип цемента и тонкость помола. Использование высокоалюминатных цементов ведет к увеличению усадки.

При прочих равных условиях конечная усадка цементного камня повышается с увеличением содержания двухкальциевого силиката C2S и трехкальциевого алюмината C3A, а также удельной поверхности цемента.

Для фибропенобетона повышенной плотности рекомендуется применять портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н по ГОСТ 31108.

Увеличение содержания цемента при постоянном водотвердом соотношении будет способствовать усадке при высыхании. Применение золы-уноса позволяет снизить количество цемента в сырьевой смеси, и, как следствие, температуру гидратации;

б) глиноземистый цемент по ГОСТ 9552 и ГОСТ 969-91, содержание Al2O3 — 37,17%, SO3 — 0,55%, тонкость помола Sуд ~ 2900 см2/г. Глиноземистый цемент и тонкомолотый шамот рекомендуется применять в жаростойком фибропенобетоне;

в) зола высокоосновная — по ОСТ 21-60, содержащая CaO не менее 40%, в том числе свободную CaO не менее 16%, SO3 — не более 6% и R2O — не более 3,5%;

г) известь негашеную кальциевую по ГОСТ 9179, быстро- и среднегасящуюся, имеющую скорость гашения 5 — 25 мин и содержащую активные CaO + MgO не менее 70%, «пережога» — не более 2%;

д) шлак доменный гранулированный — по ГОСТ 3476;

е) гипс строительный — по ГОСТ 401374.

Основными компонентами ячеистобетонной смеси автоклавного ячеистого бетона, подлежащими предварительной подготовке (помолу), являются:

• смешанное вяжущее (известково-цементное, известково-шлаковое, шлакощелочное, известково-песчаное);
• зольное вяжущее.

Чаще всего используется технология приготовления известково-песчаного вяжущего путем совместного помола в шаровых мельницах извести и кремнеземистого компонента (кварцевого песка или кислой золы теплоэлектростанций) в примерном соотношении 1:1.

Для изготовления фибропенобетона может быть применена тонкомолотая смесь удельной поверхностью 400 — 500 м2/г, получаемая путем совместного помола портландцемента ПЦ500 по ГОСТ 10178, доменного гранулированного шлака, глиноземистого цемента и гипса. Сроки схватывания смеси — начало — не позднее 1,5 — 2 ч, конец — не позднее 2 — 5 ч. При этом отношение массы шлака к массе цемента должно быть равно 0,4 +/- 0,05, а отношение массы глиноземистого цемента к массе гипса — 0,3 +/- 0,1. Содержание такой гипсоглиноземистой смеси в вяжущем рекомендуется принимать 15 — 20%.

4.2 В качестве армирующего компонента рекомендуется применять полимерные, стеклянные, минеральные, органические волокна.

4.2.1 Композитную фибру изготавливают из термореактивных полимеров, углеродных, базальтовых и стеклянных волокон. В соответствии с этим разновидности фибры — полимерная, углеродная, базальтовая, стеклянная.

4.2.2 К армирующим волокнам предъявляется ряд требований, в том числе, по химической стойкости и модулю упругости фибры.

Фибра должна отвечать требованиям соответствующих ГОСТ, приведенных в разделе 1 «Нормативные ссылки», а также требованиям европейских стандартов, Технических Условий и Стандартов Организаций, которые приводятся в проектной документации на изделие или (и) в Технологических регламентах на их изготовление при соответствующем технико-экономическом и экспериментальном обосновании в установленном порядке.

Технические характеристики различных видов фибры (фиброволокна) приведены в Приложении 1.

4.2.3 Важнейшей характеристикой любой фибры является ее жесткость, характеризуемая модулем упругости Eb. По величине модуля упругости всю производимую фибру целесообразно классифицировать по двум группам — высокомодульную (с модулем упругости большим, чем у бетонной матрицы), например базальтовую и низкомодульную (с модулем упругости меньшим, чем у бетонной матрицы), например полипропиленовую, с характерным для нее бульшим относительным удлинением при разрыве.

Низкомодульная фибра производится на полимерной основе. Она имеет модуль упругости (2 — 10)·103 МПа, что ниже по жесткости высокомодульной фибры примерно на два десятичных порядка. Эта фибра обеспечивает в значительной мере снижение усадочного растрескивания, снижает усадку, повышает ударную вязкость и морозостойкость бетона, в частности неавтоклавного пенобетона, обеспечивает водоудерживающую способность бетонной смеси.

Высокомодульная фибра с Eb = (70 — 250)·103 МПа и прочностью на растяжение (Rf,u до 3,5 — 4·103 МПа) включает неметаллические виды фибры на основе базальтовых, асбестовых и стеклянных волокон. Высокомодульная фибра обеспечивает значительное упрочнение фибробетона по отношению к исходному бетону-матрице при значительном повышении трещиностойкости (по образованию и ширине раскрытия трещин) как за счет высокого соотношения модулей упругости фибры и бетона Ef/Eb, так и за счет высокого соотношения их прочностей на сжатие — (Rf,u/Rb,u) и на растяжение — (Rf,u/Rbt,u). Фибробетон на основе высокомодульной фибры обеспечивает также повышенную морозостойкость.

В процессе развития в ячеистом бетоне усадочных деформаций фибра воспринимает растягивающие напряжения. Для более эффективного снижения усадочных деформаций и, соответственно, повышения трещиностойкости можно рекомендовать вариант совместного армирования высоко- и низкомодульными волокнами с разными характеристиками, которые существенно улучшают свойства фибропенобетона, по сравнению с моноармированным вариантом.

4.2.4 Важной характеристикой фиброволокна является также другой его модуль — отношение длины к диаметру (\ell/d) . От этого отношения зависит характер нарушения целостности материала (разрушения) — вследствие разрыва фибр или из-за нарушения сцепления фибровой арматуры с бетоном. Соответственно этому универсальной характеристикой модуля фибрового армирования является величина K, характеризуемая отношением K = \mu\ell/d .

Качество фибрового армирования оценивается степенью дисперсности армирования, которая характеризуется поверхностью контакта дисперсной арматуры с бетоном, приходящейся на единицу объема материала.

F = N \cdot p \cdot l = \frac{\mu}{A \cdot l} \cdot \pi \cdot d \cdot l = \frac{4 \cdot \mu}{d} , (4.1)

где N — количество армирующих волокон в единице объема материала;

p — периметр поперечного сечения армирующего волокна фибры;

l — длина армирующих волокон;

\mu — объемное содержание армирующих волокон;

A — площадь поперечного сечения армирующего волокна фибры;

d — диаметр армирующего волокна.

4.2.5 Комплексное влияние указанных выше характеристик дисперсного армирования сказывается в итоге на прочности ячеистого фибробетона.

В соответствии с [4] остаточная прочность фибробетона на растяжение Ru,fbt и соответствующее ей расчетное сопротивление на растяжение Rfbt соответствуют стадии работы композитного материала с выключенной из работы бетонной матрицей в силу ее низкой растяжимости в сочетании с двумя возможными механизмами работы фибры в предельной стадии — разрывом (механизм 1) или выдергиванием из бетонной матрицы (механизм 2). В общем случае соотношение разрываемых и выдергиваемых фибр на стадии разрушения будет связано с расчетной длиной анкеровки lf,an, определяемой из условия баланса несущих способностей фибры на разрыв и выдергивание по формуле:

l_{f,an} = \frac{R_{fu} \cdot d_{f}}{4 \cdot R_{u,bond} \cdot \eta_{f}} , (4.2)

где Ru,bond — прочностная характеристика сцепления фибры с бетоном-матрицей;

Rfu — прочность фибры на растяжение;

df — диаметр фибры;

\eta_{f} — коэффициент, учитывающий эффективность анкеровки фибры; его максимальное значение соответствует гладкой фибре, меньшее значение — фибре с повышенной анкеровкой за счет развитости, шероховатости поверхности, анкеров на концах.

При lf,an < lf/2 разрушение будет происходить от разрыва некоторого количества фибр и выдергивания остальных; при lf,an >= lf/2 — от выдергивания условно всех фибр.

Повышению прочности фибробетона на растяжение будут содействовать такие факторы, способствующие уменьшению расчетной длины анкеровки и повышению соотношения разрываемых и выдергиваемых фибр, как увеличение длины фибры lf, увеличение относительной длины lf/df, повышение прочности бетона-матрицы и эффекта анкеровки фибры.

В соответствии с [19] прочность фибробетона можно оценивать также с применением правила смесей, согласно которому:

R_{\text{фб}} = \varphi 2\tau_{\text{сц}}(\ell/d)\mu + (1 - \mu)R_{\text{б}}, (4.3)

где Rфб — прочность фибробетона;

Rб — прочность исходного бетона;

\tau_{\text{сц}} — величина сцепления армирующих волокон с цементным камнем;

d и \ell — диаметр и длина фибр соответственно;

\mu — коэффициент объемного армирования;

\varphi — комплексный коэффициент, учитывающий эффект взаимодействия и ориентацию волокон и вероятность пересечения ими расчетной плоскости, а также однородность и степень дефектности фибр.

Данная формула наиболее полно отражает вклад отдельных компонентов и связи между ними в общей прочности композитного материала, но не учитывает взаимного влияния волокон и матрицы при формировании структуры фибробетона, а также технологических факторов при изготовлении образцов.

4.2.6 Дисперсное армирование различным фиброволокном в процессе приготовления пенобетонной смеси влияет главным образом на реологические свойства. Высокомодульные волокна (с высоким соотношением \ell/d ) в скоростных смесителях, склонны к агломерации и неравномерному распределению по объему смеси. В связи с этим предпочтительнее использовать низкомодульные (с меньшим отношением длины к диаметру) волокна.

4.3 Для получения поровой структуры ячеистого бетона применяют пенообразователи, обеспечивающие заданную среднюю плотность и требуемые физико-механические показатели ячеистого бетона и удовлетворяющие требованиям СН 277-80.

Для формирования прочной структуры межпорового пространства следует применять «жирные» пены [23].

Основными характеристиками, при проектировании составов поризованных материалов на основе белковых и синтетических ПАВ, являются пенообразующая способность и кратность пены. К пенообразователям, применяемым в технологии неавтоклавного пенобетона, предъявляются требования по высокой пенообразующей способности и пеноустойчивости.

Качественный пенообразователь позволяет получать техническую пену, которая вводится в сырьевую смесь для производства пенобетона с заданными характеристиками. В качестве стабилизаторов рекомендуется использовать высокодисперсные минеральные компоненты.

Для обеспечения большей стабильности, в процессе получения пеноконцентрата производится частичный гидролиз аминокислот.

Критическая температура устойчивости пены в смеси составляет 36 °C. Протеиновые пенообразователи дают устойчивую пену при температуре смеси не выше 33 °C, синтетические выше +60 °C.

Пенообразователи можно разбить на две группы: белковые и синтетические. Белковые пенообразователи характеризуются высокой устойчивостью и меньше, чем синтетические, замедляют гидратацию клинкерных минералов.

Основные характеристики различных видов белковых и синтетических пенообразователей приведены в Приложении 3.

4.4 В качестве кремнеземистого компонента для приготовления ячеистого фибробетона рекомендуется применять:

• природные материалы — немолотый кварцевый песок — по ГОСТ 8736 с модулем крупности 1,2 — 1,8, содержащий SiO2 (общий) не менее 90% или кварца не менее 75%, слюды не более 0,5%, илистых и глинистых примесей не более 3%, монтмориллонитовых глинистых примесей — не более 1,0%.

При использовании песка, содержащего крупные зерна, превышающие в диаметре толщину перегородок в ячеистой структуре, может произойти ее разрушение с увеличением размера ячеек, приводящее к ухудшению прочностных и теплофизических характеристик пенобетона. Кроме того, в большинстве случаев происходит осаждение таких зерен песка с разуплотнением пенобетона по высоте изделия и ухудшением его качества. При изготовлении пенобетона не следует применять пески с модулем крупности более 2, так как крупные частицы кварца увеличивают толщину межпоровых перегородок;

• вторичные продукты промышленности и энергетики: золы-уноса теплоэлектростанций, продукты обогащения различных руд, продукты собственного производства («горбушки», обрезки):

а) кислую золу-уноса ТЭС по ОСТ 21-60-84, содержащую SiO2 не менее 45%, CaO — не более 10%, R2O — не более 3%, SO3 — не более 3%;

б) зола-уноса ТЭС по ГОСТ 25818;

в) зола гидроудаления по ГОСТ 25892 от сжигания углей удельной поверхностью не более 4000 см2/г. Потери при прокаливании не должны быть более 5% для зол бурых углей и не более 7% для зол каменных углей.

Содержание сернистых соединений в пересчете на SO3 не должно превышать 2%, а глинистых примесей — более 3%. Лепешки из цементно-зольного теста состава 1:3 должны выдержать испытание на равномерность изменения объема при испытании образцов кипячением в воде по ГОСТ 310.3-76;

б) тонкодисперсные вторичные продукты обогащения руд, с содержанием SiO2 не менее 60% железистых минералов не более 20%, сернистых соединений в пересчете на SO3 не более 2%, едкой щелочи в пересчете на Na2O не более 2%, пылевидных, глинистых частиц не более 3%, слюды не более 0,5%.

Кроме этого, известен ряд материалов естественного и техногенного происхождения, являющихся эффективной заменой кварцевого песка. Одним из таких материалов является туфовый песок — вулканическая горная порода.

В качестве кремнеземистого компонента может применяться также молотый до удельной поверхности 1000 — 2000 см2/г керамзит. Часть кремнеземистого компонента (до 20%) может быть заменена молотыми карбонатными материалами.

4.5 Добавки для бетонов

Основной проблемой применения добавок в технологии пенобетона является несовместимость добавки и пенообразователя, приводящая к осадке смеси.

Известно, что все пенообразователи (синтетические и белковые) замедляют процессы гидратации цемента и процессы структурообразования цементного камня.

Удлинение сроков схватывания цементов, затворенных растворами кератинового пенообразователя, от 30 до 75 мин является нежелательным, так как при этом снижается оборачиваемость форм и производительность предприятий.

Для ускорения процессов структурообразования следует применять соответствующие добавки (см. ниже), компенсирующие указанное замедление процессов гидратации цемента и структурообразования цементного камня.

Как отмечается в [23], большинство химических добавок оказывает незначительное влияние на усадку. Воздухововлекающие вещества почти не влияют на усадку при высыхании. Суперпластификаторы мало влияют на усадку, а пластифицирующие добавки могут ее увеличить. К увеличению усадки приводит добавление хлористого кальция, использующегося для ускорения твердения бетона.

Использование (в значительных количествах) в сырьевых составах бетона золы-уноса приводит на стадии приготовления бетонной смеси к повышенному водозатворению (В/Т) и повышенной эксплуатационной равновесной влажности.

Для регулирования и улучшения свойств ячеистых бетонов применяют:

• добавки по ГОСТ 24211-91;
• гипсовый камень по ГОСТ 4013;
• доменные гранулированные шлаки по ГОСТ 3476.

Виды добавок и требования к ним, обеспечивающие качество ячеистых бетонов в соответствии со стандартом, должны быть приведены в технологической документации на приготовление ячеистых бетонов конкретных видов.

При применении добавок следует также руководствоваться «Рекомендациями по применению химических добавок при изготовлении ячеистых бетонов» (М., НИИЖБ, 1982) и СН 277-80.

В соответствии с ГОСТ 24211-91 к добавкам для ячеистого бетона следует отнести:

а) добавки, ускоряющие схватывание бетонных смесей и твердение бетона, к которым относятся добавки по таблице 2 Приложения 1 ГОСТ 24211-91, Поташ-П (калий углекислый, карбонат калия) по ГОСТ 10690; тринатрийфосфат (ТНФ) — ГОСТ 201, ТУ 6-08-250;

б) воздухововлекающие добавки, обеспечивающие получение ячеистых бетонов заданной средней плотности при объеме вовлеченного воздуха от 15 до 90% (контакт нефтяной черный рафинированный марки КЧНР — ТУ 38-602-22-17);

в) водоредуцирующие, пластифицирующие добавки, снижающие расход воды более чем на 20% и усадочные деформации при высыхании на 35 — 40% (С-3 по ТУ 6-36-020429-635 и др.);

г) стабилизирующие, водоудерживающие добавки (метилцеллюлоза МЦ по ТУ 6-05-1857).

Для жаростойкого ячеистого фибробетона рекомендуется применять тонкомолотый шамот, суперпластификатор С-3.

Для повышения стойкости базальтовых волокон в ячеистом фибробетоне можно использовать добавку микрокремнезема, которая позволяет снизить количество свободной извести в среде гидратирующего цемента.

4.5.1 Добавки для регулирования процесса структурообразования, нарастания пластической прочности, ускоренного твердения ячеистобетонной смеси и воздухововлекающие

В соответствии с п. 2.11 СН 277-80 химические добавки и поверхностно-активные вещества (ПАВ), применяемые для регулирования процесса структурообразования, нарастания пластической прочности сырца ячеистых бетонов и ускоренного твердения ячеистобетонной смеси должны удовлетворять требованиям:

• гипс двуводный (камень гипсовый и гипсоангидритовый) - ГОСТ 4013;
• калий углекислый (поташ) — ГОСТ 4221 и ГОСТ 10690;
• сода кальцинированная техническая - ГОСТ 5100;
• триэтаноламин — ТУ 6-09-2448;
• тринатрийфосфат (ТНФ) — ГОСТ 201, ТУ 6-08-250;
• стекло жидкое натриевое - ГОСТ 13078.

Триэтаноламин рекомендуется применять в совокупности с тринатрийфосфатом.

Кроме этого применяют следующие добавки:

• сульфанол, детергент советский марки ДС-РАС;
• контакт нефтяной черный рафинированный марки КЧНР по ТУ 38-602-22-17;
• натр едкий технический — по ГОСТ 2263;
• карбоксилметилцеллюлоза — по ОСТ 6-05-386;
• сульфат натрия кристаллизационный — по ГОСТ 21458;
• ускоритель нарастания пластической прочности — УП-1 по ТУ 5870-086-46854090-99;
• гипсовая суспензия и щелочные компоненты.

Расход химических добавок в ПАВ должен назначаться в зависимости от вида вяжущего и уточняться опытным путем.

Рекомендуется также при соответствующем научно-техническом обосновании применять следующие вещества:

а) известь негашеную (по ГОСТ 9179) или гашеную в количестве 5 — 7% массы цемента;

б) соду каустическую, которая должна удовлетворять требованиям ГОСТ 2263-79. Каустическую соду как компонент газообразователя следует употреблять в виде водного раствора 5 — 10%-ной концентрации. Соотношение каустической соды к твердым компонентам по массе должно быть 100:0,2 (в пересчете на сухое вещество).

В качестве добавки для ускорения процессов структурообразования фибропенобетона рекомендуется применять добавку ЛИГНОПАН Б-2, которая, кроме пластифицирующего эффекта, обладает свойствами ускорителя твердения и одновременно повышает вязкость пенобетонной смеси, а также содержит нитрат — нитрит кальция (ННК) — известный ускоритель твердения, который дополнительно уплотняет структуру межпоровых перегородок пенобетона и повышает его прочность. Расход (концентрация) добавки ЛИГНОПАН Б-2 составляет 1,5% от массы цемента.

Расход химических добавок в ПАВ должен назначаться в зависимости от вида вяжущего и уточняться опытным путем.

4.5.2 Пластифицирующие, водоредуцирующие добавки

Для уменьшения количества воды затворения в ячеистофибробетонной смеси, и, как следствие, снижения влажностной усадки, рекомендуется использовать пластификаторы, совместимые с пенообразователями [23]. В соответствии с [23] одним из таких пластификаторов является пластификатор «МатЭкос» в виде сухой добавки. Также не оказывают отрицательного воздействия на качество пенобетонной смеси гиперпластификаторы Melflux 1641 и 2651 F (при расходе 0,2 — 0,4% от ПЦ). Как отмечается в [23] - «с их использованием возможно достижение достаточно стойкой структуры пенобетонной смеси, а также значительное уменьшение водотвердого отношения, что приводит к укреплению межпоровых перегородок и повышению прочности пенобетона».

Рекомендуется при соответствующем научно-техническом обосновании применять пластификатор СДБ, суперпластификаторы С-3 — по ТУ 6-14-625, по ТУ-6-36-020-4229-625-90 и по ТУ 6-36-020429-635, суперпластификатор Sika ViscoCrete, а также суперпластификаторы С-4 и «Полипласт-СП-3» по ТУ 5870-006-58042865-05.

Суперпластификатор «Полипласт-СП-3» представляет собой смесь полинафталинметиленсульфоната натрия, лигносульфонатов технических, промышленной смеси тиосульфата и роданида натрия. Выпускается в виде порошка и в форме водного раствора. При введении указанного суперпластификатора происходит повышение подвижности ячеистой фибробетонной смеси при сохранении заданного водотвердого отношения и получении фибропенобетонов с повышенной прочностью.

При изготовлении неавтоклавного фибропенобетона с целью снижения количества воды затворения на 25 — 30% рекомендуется применять пластифицирующую добавку ЛСТМ в количестве 0,7 — 0,9% от массы цемента [2].

4.5.3 Добавки — стабилизаторы (водоудерживающие)

Для снижения водоотделения в ячеистобетонных смесях можно применять следующие добавки:

• метилцеллюлоза МЦ по ТУ-05-1857;
• карбоксилметилцеллюлоза — по ОСТ 6-05-386-80;
• алюминат натрия.

Состав и характеристика алюмината натрия приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Состав и характеристика алюмината натрия

Расход химических добавок и ПАВ должен назначаться в зависимости от вида вяжущего и уточняться опытным путем.

4.5.4 Добавки наномодификаторы

Добавки наномодификаторы согласно [23] могут позволить получить неавтоклавный ячеистый фибробетон со свойствами, равными автоклавному ячеистому фибробетону.

Использование наномодификаторов сопровождается увеличением активности цемента и ростом прочности бетона. При этом наблюдается изменение межпоровых перегородок в ячеистом бетоне. Например, при введении углеродных трубок наблюдается увеличение прочности на изгиб образцов с нанокатализатором. В этой связи известна модифицирующая добавка в виде многослойных углеродных нанотрубок диаметром 8 — 40 нм и длиной 2 — 50 мкм (Патент РФ № 2422408).

На основании результатов исследований, полученных в работе [6], можно рекомендовать применение полифункционального модификатора бетона — МБ-10-01 — по ТУ 5743-04902495332-96, который состоит из органической части, содержащий суперпластификатор минеральной части, содержащий микрокремнезем и золу-унос. Экспериментально было установлено [6], что введение модификатора МБ 10-01 позволяет получать более однородную смесь, способствует снижению водосодержания смеси и уменьшению энергоемкости приготовления смесей. Входящий в состав указанного модификатора суперпластификатор делает смесь подвижной и удобоукладываемой, а его тонкодисперсная минеральная часть увеличивает вязкость и позволяет улучшить качество распределения волокна. Использование модификатора МБ 10-01 снижает количество дефектов на поверхности волокон после перемешивания.

Рекомендуется также применение модификатора бетона МБ-01 по ТУ 5743-073-46854090-98 (взамен ТУ 5743-049-02495332-96), представляющего собой порошкообразный продукт на органоминеральной основе, содержащий в своем составе микрокремнезем конденсированный и пластификатор I группы по ГОСТ 24211 - пластификатор С-3.

В качестве наномодифицированной добавки известна также комплексная добавка полисахаридов. В соответствии с [23] в активированном 3%-ной комплексной добавкой полисахаридов пенобетоне плотностью 800 кг/м3 прочность на растяжение при изгибе повышается до 3,6 МПа.

Эффективной наноструктурированной добавкой в пенобетонную смесь является кремнезоль [23]. Для пенобетона средней плотности 600 кг/м3 введение 1% кремнезоля повышает прочностные, теплофизические и эксплуатационные параметры. Свойства неавтоклавного пенобетона с добавкой кремнезоля сопоставимы с требованиями для автоклавных пенобетонов. Образцы пенобетона с кремнезолем плотностью 600 кг/м3 характеризуются прочностью при сжатии 3,6 МПа, при изгибе — 1,7 МПа. Автоклавный же пенобетон плотностью 800 кг/м3, активированный кремнезолем, приобретает еще большую прочность при сжатии, равную 5,4 МПа и при изгибе — 2,5 МПа.

В качестве нанодобавки [23] для стабилизации параметров структуры в ячеистобетонную смесь рекомендуется вводить синтетических цеолиты. Небольшое содержание синтетических цеолитов оказывает положительное влияние на свойства пенобетона.

4.5.5 Добавки — наполнители

Для снижения усадочных явлений в сырьевую ячеистофибробетонную смесь рекомендуется вводить различные наполнители и добавки, позволяющие снизить расход вяжущего.

Такие материалы, как микрокремнезем, зола уноса ТЭЦ, гранулированный шлак по ГОСТ 3476 в качестве мелкодисперсных наполнителей используют в составе вяжущего вещества для сокращения расхода портландцемента. Мелкодисперсные наполнители бронируют пленки пены и создают устойчивую мелкопористую структуру, увеличивают плотность упаковки частиц цемента и заполнителя, находящихся в межпоровом пространстве, и соответственно, прочность пенобетона.

Для сокращения расхода цемента при сохранении заданной прочности рекомендуется использование высокоактивной минеральной добавки — микрокремнезема (1 кг микрокремнезема может заменить 20 кг портландцемента).

К мелкодисперсным наполнителям, кроме уже указанных, относятся также мелкий кварцевый песок, минеральный порошок неактивированный МП-1 (ГОСТ Р 52129), отходы дробления гранитного щебня (см. ниже) и т.д.

Характеристики золы-уноса ТЭС приведены в таблице 1 ГОСТ 28818.

При этом, следует иметь в виду, что использование (в значительных количествах) в составах ячеистого фибробетона золы уноса приводит на стадии приготовления бетонной смеси к повышенному водозатворению (В/Т) и повышенной эксплуатационной равновесной влажности ячеистого бетона.

Использование мелкодисперсных наполнителей в качестве заполнителя при получении пенобетона увеличивает прочностные показатели при сокращении расхода цемента. В целях частичной компенсации негативных факторов (повышенное трещинообразование и развитие усадочных деформаций), связанных с применением этих мелкодисперсных наполнителей, рекомендуется введение небольшого количества крупного песка в составе наполнителя пенобетона.

Для сокращения усадочных деформаций в ячеистофибробетонной смеси в [23] рекомендуется использовать смесь наполнителей разной крупности: тонкодисперсного минерального порошка МП-1 и крупного песка с модулем крупности Мкр = 2,2. Минеральный порошок МП-1 (неактивированный) ОАО «Новоизборский комбинат нерудных материалов» производится в соответствии с требованиями ГОСТ Р 52129. Характеристики МП-1 представлены в таблице 4.2.

Таблица 4.2

Характеристики МП-1

По данным проведенных исследований [7], [26] в качестве мелкого наполнителя неавтоклавного пенобетона в [23] рекомендуется применять пылевидную составляющую (пылевидную фракцию крупностью менее 0,16 мм) отходов (отсевов) камнедробления (ПОК) и (ОД) с максимальной крупностью 0,072 мм, образующихся в процессе производства гранитного щебня и утилизации бетонных отходов после сноса зданий.

Для повышения устойчивости пены, а также устранения осадки смеси и повышение прочности фибропенобетона при сжатии в [23] и [22] рекомендуется использование тонкомолотого заполнителя с удельной поверхностью 120 — 150 м2/кг, в частности, известняков с различным содержанием CaCO3. Для усиления реакционной способности цементосодержащей матрицы и повышения устойчивости пенобетонной массы в [23] рекомендуется также использовать золь-добавки ортокремниевой кислоты, берлинской лазури, гидроксида железа.

Для повышения трещиностойкости неавтоклавного пенобетона в [2] рекомендуется вводить в состав ячеистобетонной смеси добавку латекса в количестве 1,5 — 3% от массы цемента.

В качестве наполнителя для снижения плотности и увеличения прочностных характеристик ячеистой фибробетонной смеси на микроуровне применяются аппретированные полые стеклянные микросферы марки МС-ВП-А9*, изготовленные по ТУ 6-48-91-92 в ОАО «НПО Стеклопластик» с использованием аппрета марки АГМ-9. (Патент RU 2568207 C1). Аппрет представляет собой кремнийорганическую гидрофобизирующую жидкость \gamma - \text{аминопропилтриэтоксилан} , который вводится в состав микросфер в процессе их производства в количестве 0,3% от массы микросфер. Полые стеклянные микросферы представляют собой белый сыпучий порошок плотностью 0,29 г/см2, состоящий из тонкостенных микросфер диаметром 20 — 160 мкм с толщиной стенки менее 2 мкм. Состав стекла и почти правильная сферическая форма микросфер обеспечивают их высокую прочность при сжатии, хорошую адгезию к связующим веществам, что способствует увеличению прочности пенофибробетона и коэффициента конструктивного качества, характеризующегося отношением прочности ячеистого пенобетона к его плотности.

Уменьшить усадочные деформации и повысить трещиностойкость крупноразмерных конструкций из неавтоклавного ячеистого бетона при соответствующем научно-техническом обосновании можно также путем введения в состав сырьевой смеси ячеистых бетонов средней плотности выше 550 кг/м3 некоторого количества пористых заполнителей — дробленого керамзита, перлита, вермикулита крупностью до 5 мм.

В жаростойкий фибропенобетон рекомендуется вводить добавку в виде тонкомолотого шамота.

4.5.6 Расширяющие добавки

Расширяющие добавки и напрягающий цемент допускается использовать при соответствующем научно-техническом обосновании в технологии фибропенобетона естественного твердения.

В [23] рекомендуется применять глиноземистый или высокоглиноземистый цемент, а также добавку «Алак», разработанную АО «НИИцемент», позволяющую получить малоусадочные и «безусадочные» ячеистые бетоны с помощью баротехнологии и турбулентной активизации вяжущих материалов.

По данным [23] добавление 10% сульфоалюминатной добавки позволяет снизить усадочные деформации пенобетона плотностью 700 кг/м3 с 2,2 до 1,1 мм/м.

Расширяющие добавки согласно [15] могут быть получены путем тщательного перемешивания в шаровой мельнице глиноземистого цемента ГЦ 50 в качестве алюминатного компонента (по ГОСТ 969-91 с содержанием Al2O3 — 37,17%, SO3 — 0,55%, тонкостью помола Sуд ~ 2900 см2/г) и природного молотого гипсового камня (в качестве сульфатного компонента, соответствующего по ГОСТ 4013) до требуемой тонкости помола — 3500 ... 4000 см2/г.

В качестве расширяющих компонентов согласно [2] могут применяться высокоглиноземистый шлак вместе с сульфатным компонентом — двуводным гипсом.

Рабочий состав фибропенобетонной смеси с расширяющейся добавкой по данным [15] приведен в таблице П.7.15 Приложения 7.

4.6 Вода для приготовления бетона должна соответствовать требованиям ГОСТ 23732. Жесткость воды следует понижать для лучшего пенообразования. Увеличение содержания воды увеличивает усадку при высыхании, так как количество испаряемой воды в единице объема увеличивается. Рекомендуется для уменьшения усадочных деформаций снижать водотвердое соотношение, сохраняя при этом необходимое количество цемента.

5 ПОДБОР СОСТАВА ЯЧЕИСТОБЕТОННОЙ СМЕСИ

5.1 При подборе состава ячеистого фибробетона (ЯФБ) с заданными свойствами следует учитывать особенности его как композита, обусловленные наличием дополнительного, по сравнению с традиционным бетоном, компонента — фибры.

5.2 Подбор состава ячеистого фибробетона производится на основе положений и по методике (п. 4) СН 277-80 и ГОСТ 27006-86 с учетом влияния вводимой фибры на свойства ячеистофибробетонной смеси (в т.ч. реологические), а также свойства ячеистого фибробетона.

5.3 Подбор состава ячеистофибробетонной смеси или сырьевой шихты, как правило, рекомендуется выполнять в два или несколько этапов. Вначале определяется ориентировочный состав смеси, который затем корректируется опытным путем.

На первом этапе подбирается ориентировочный состав смеси для исходного ячеистого бетона, в первую очередь, по его классу по прочности на сжатие и другим требуемым проектным показателям, который затем корректируется опытным путем. Например, для теплоизоляционного ячеистого бетона на известковом вяжущем оптимизируется соотношение извести и кремнеземистого компонента в вяжущем. Кроме этого, для теплоизоляционного газосиликата определяется рациональное количество добавки полуводного гипса для регулирования сроков схватывания ячеистобетонной смеси.

На втором этапе производится корректировка состава сырьевой шихты с учетом введения фибры и ее влияние на соотношения компонентов смеси и ее свойства, исходя из оптимальных условий формования ячеистобетонных изделий. В качестве критерия выбирается предел прочности при изгибе. В результате корректирования определяется номинальный состав ячеистофибробетонной смеси.

Подбор ориентировочного состава смеси для исходного ячеистого бетона

5.4 Задание по подбору состава ячеистобетонной смеси должно содержать следующие данные:

• проектную прочность ячеистого фибробетона в конструкции на осевое растяжение в заданные сроки, а также проектную прочность при сжатии в возрасте 28 суток Rfb (МПа);
• толщину формуемого слоя ячеистого фибробетона \delta , мм;
• отношение кремнеземистого компонента к вяжущему (C) по массе в ячеистобетонной смеси;
• требования к текучести — диаметр расплыва смеси по Суттарду, см;
• температуру смеси;
• расход газообразователя или водного раствора пенообразователя Pп на замес;
• водотвердое отношение (В/Т);
• марку или активность цемента при испытании по ГОСТ 310.4, Rц (МПа).

Водотвердое отношение (В/Т) должно назначаться для каждого состава, исходя из требований к текучести и температуре смеси, указанных в таблицах 3 и 4 СН 277-80.

5.5 Подбор состава ячеистобетонной смеси должна осуществлять заводская лаборатория на образцах в соответствии с Инструкцией СН 277-80, а затем уточнять его в производственных условиях на промышленных изделиях. Работа по подбору состава ячеистобетонной смеси сводится к установлению оптимального расхода сырьевых материалов при заданной средней плотности, обеспечивающего требуемые прочность, морозостойкость и трещиностойкость.

При подборе номинального состава ЯФБ на первом этапе рекомендуется опытным путем определять относительную величину содержания кремнеземистого компонента, исходя из условия обеспечения оптимальных соотношений, обеспечивающих однородность ячеистого фибробетона.

На первом этапе оптимизируется соотношение извести и кремнеземистого компонента в вяжущем. В качестве критерия выбирается предел прочности при изгибе.

Оптимизация CaO/SiO2 проводилась на песке с тремя различными дисперсностями (3000, 4000 и 5000 см2/г), охватывающими весь диапазон применяемого песка при производстве теплоизоляционного газосиликата в заводских условиях. В качестве примера в таблице 5.1 приведены оптимальные (по прочности при изгибе) составы сырьевой шихты для теплоизоляционного газосиликата для каждой из указанных дисперсностей песка.

Таблица 5.1

Оптимальные составы сырьевой шихты теплоизоляционного газосиликата по прочности при изгибе для дисперсности песка 3000, 4000 и 5000 см2/г

Примечание: В сырьевой шихте использовалась негашеная известь с активностью CaO + MgO — 86% скоростью гашения 10 мин и гашеная известь с активностью 59%.

5.6 Подбор состава ячеистобетонной смеси (для автоклавного ЯФБ и неавтоклавного ЯФБ на золе-уносе) для опытных замесов должен назначаться с учетом исходных значений отношения C массы кремнеземистого компонента к массе вяжущего, приведенных в таблице 2 СН 277-80.

Отношение Cсв массы кремнеземистого компонента к массе известково-цементного вяжущего устанавливают расчетом по формуле (1) СН 277-80, которая имеет вид:

Cсв = Cцn + Cи(1 — n), (5.1)

где Cц и Cи — отношение массы кремнеземистого компонента соответственно к массе цемента и извести (в расчете на 100% CaO + MgO);

n — доля цемента в вяжущем, которая находится в пределах 0,35 — 0,7 по массе.

5.7 Ориентировочные соотношения кремнеземистого компонента и вяжущего, которые можно использовать при подборе ячеистобетонных смесей на портландцементе марки 400 (с добавкой извести) для неавтоклавного ЯФБ (за исключением ячеистого бетона на золе-уносе) в зависимости от его плотности и количества извести, приведены в таблице 5.2.

Таблица 5.2

Примечание: Вместо извести можно вводить каустическую соду в количестве 0,2% массы твердых компонентов.

5.8 Водотвердое отношение (В/Т) должно назначаться для каждого состава в зависимости от плотности ЯФБ, исходя из требований к текучести и температуре смеси, указанных в таблицах 3 и 4 СН 277-80.

За исходное водотвердое отношение (В/Т) принимается такое значение, которое обеспечивает необходимую текучесть раствора, определяемую с помощью вискозиметра Суттарда.

5.9 Расход воды на замес и температура ячеистобетонной смеси для неавтоклавного ЯФБ должны назначаться независимо от плотности ЯФБ и вида вяжущего, исходя из следующих требований к реологическим характеристикам формовочной массы:

• при литьевой технологии — диаметр расплыва смеси по Суттарду должен быть 14 — 20 см, а температура 40 — 48 °C;
• при вибрационной технологии — 9 - 14 см, а температура 35 — 45 °C;
• при вибрационной технологии с прерывистым режимом вибрирования рекомендуется применять смеси с повышенной жесткостью, характеризующиеся глубиной погружения конуса СтройЦНИЛ, равной 3 — 6 см, и температурой 30 — 35 °C.

5.10 Для пенообразователей величина \alpha составляет 0,65 — 0,75, а величину кратности пены Kп следует определять опытным путем. Для различных пенообразователей он колеблется в пределах от 5 до 25. Методика определения величины кратности пены Kп приведена в п. 7.3 настоящих Рекомендаций.

5.11 Пористость Пг определяется по формуле (3) СН 277-80, имеющей вид:

\text{П}_{\text{г}} = 1 - \frac{\gamma_{\text{с}}}{K_{c}} (W + B/T), (5.3)

где \gamma_{\text{с}} — заданная средняя плотность ЯФБ в сухом состоянии, кг/м3;

Kс — коэффициент увеличения массы ячеистого бетона за счет связанной воды, принимается в соответствии с п. 4.8 СН 277-80 равным 1,1;

W — удельный объем сухой смеси, л/кг;

В/Т — водотвердое отношение.

5.12 Пористость Пг можно также рассчитывать по формуле

\text{П}_{\text{г}} = 1 - \frac{\rho_{m}^{\text{я}}(1 + \text{В }/\text{Т})}{K_{c}\rho_{m}^{p}} , (5.4)

где \rho_{m}^{\text{я}} — заданная средняя плотность ячеистого бетона в сухом состоянии, кг/м3;

Kс — коэффициент увеличения массы ячеистого бетона за счет связанной воды;

\rho_{m}^{p} — фактическая средняя плотность непоризованной растворной смеси, кг/м3. Для смесей на песке она составляет около 1900 — 2200 кг/м3, а на золе — 1700 — 1900 кг/м3.

5.13 Удельный объем сухой смеси определяется на основании опытного замеса и рассчитывается по формуле (4) СН 277-80

W = \frac{1 + B/T}{\gamma_{p}^{\text{ф}}} - \text{В }/\text{Т}, (5.5)

где \gamma_{p}^{\text{ф}} — фактическая средняя плотность непоризованной растворной смеси, кг/м3. Для смесей на песке величина \gamma_{p}^{\text{ф}} составляет около 1900 — 2200 кг/м3, а на золе — 1700 — 1900 кг/м3.

5.14 Пена, полученная в барабане пенобетономешалки, должна иметь кратность пены (Кп) 7 — 20 и стабильность (С) не менее 85%. Коэффициент стойкости пены в растворной смеси (Kсп) должен быть не менее 0,75. Методика определения кратности, стабильности и коэффициента стойкости пены приведена в п. 9.3 Настоящих Рекомендаций.

5.15 Расход материалов на замес определяют по формулам (5) - (11) СН 277-80.

Состав рекомендуется предварительно назначать с учетом отношения массы наполнителя к массе вяжущего (С). Ориентировочно можно принимать С = 0,75.

5.16 За исходное водотвердое отношение (В/Т) принимается такое значение, которое обеспечивает необходимую текучесть раствора, определяемую с помощью вискозиметра Суттарда. Предварительный расход материалов можно также определять по следующим расчетным зависимостям:

P_{\text{сух}} = \frac{\rho_{\text{с}}}{K_{\text{с}}} \cdot V, (5.6)

P_{\text{вяж}} = \frac{\text{Р}_{\text{сух}}}{\text{С } + 1} , (5.7)

Pk = Pсух — Pвяж, (5.8)

В = Pсух·(В/Т), (5.9)

где Pсух — расход сухих материалов, кг;

Pвяж — расход вяжущего вещества, кг;

Pk — расход кремнеземистого компонента, кг;

В — расход воды, л;

V — заданный объем замеса, л;

\rho_{\text{с}} — заданная средняя плотность бетона, кг/л;

Kc — коэффициент, учитывающий увеличение массы бетона за счет связанной воды, принимаемый ориентировочно равным 1,1.

5.17 Ориентировочный расход пенообразователей для получения 10 л пены рекомендуется принимать равным 0,5 л. В случае поризации растворной смеси за счет вспенивания при интенсивном перемешивании в турбулентном смесителе (пенообразователь вводится непосредственно в растворную смесь) его расход составляет 10 — 20 л/м3 при средней плотности ячеистого бетона 800 — 850 кг/м3.

При этом расход и концентрацию для каждого из применяемых в настоящее время пенообразователей следует принимать индивидуально. Концентрация и расход некоторых пенообразователей приведены выше (см. пп. 4.3.1, 4.3.2). Следует также иметь в виду, что повышенное содержание пенообразователей в составе пенобетонов снижает их прочность и ухудшает конструкционные свойства.

5.18 Концентрацию водного раствора пенообразователя ПО-ЗНП рекомендуется принимать 2%. Оптимальный расход пенообразователя для пеносмесей из условий агрегативной устойчивости рекомендуется принимать 1 — 1,2% от массы твердых компонентов [15]. Пенобетонные смеси без фибры характеризуются высокой скоростью набора и падения пластической прочности в узком интервале (0,1%) изменения расхода пенообразователя ПО-ЗНП. При этом следует принимать во внимание рекомендации в [15], согласно которым пеноструктуры без фибрового армирования характеризуются двукратным снижением пластической прочности при повышении расхода ПО-ЗНП до 1,5%.

Увеличение расхода ПО-ЗНП до определенного предела способствует снижению средней плотности смесей. Максимальное снижение плотности у пеносмесей без фибрового армирования наблюдается при 1%-ном содержании ПО-ЗНП. Дальнейшее насыщение пеносмесей пенообразователем приводит к росту средней плотности.

При дальнейшей корректировке состава (см. ниже п. 5.26) уже с учетом влияния дисперсного армирования следует принимать во внимание результаты исследований [15], согласно которым фибропенобетонные смеси, в отличие от пенобетонных без дисперсного армирования, отличаются бульшим диапазоном расхода пенообразователя ПО-ЗНП, в котором их физико-механические свойства стабильны.

5.19 Оптимальный расход пенообразователя «Ареком-4» (из условия минимальной средней плотности) рекомендуется согласно [15] принимать равным 0,27% от массы твердых компонентов. Характер влияния пенообразователя «Ареком-4» на динамику вязко-пластических свойств пеносмесей идентичен ПО-ЗНП. Однако, скорость набора пластической прочности пеносмесей с «Ареком-4» ниже, чем с ПО-ЗНП.

При дальнейшей корректировке состава (см. п. 5.35) следует принимать во внимание, что у фибропенобетонов концентрация пенообразователя «Ареком-4», соответствующая максимальному снижению плотности, находится в бульшем диапазоне значений (0,3 — 0,325%) по сравнению с пенобетоном. Дальнейшее насыщение пеносмесей пенообразователем приводит к росту средней плотности, причем у фибропеносмесей в меньшей (на 20% ниже) степени, чем у пеносмесей без фибрового армирования.

5.20 В таблице 5.3 по данным [23] приведены составы пенобетонов с добавкой минерального порошка (МП-1), приготовленных на основе некоторых пенообразователей.

Таблица 5.3

Сырьевые составы и результаты испытаний образцов пенобетона, приготовленного на основе пенообразователей Laston, GreenFroth, Reniment SB31L и ПБ-Формула 2012 по данным [23]

В таблицах 5.4 и 5.5 по данным [27] приведены составы пенобетона различных плотностей с расходами жидкого пенообразователя «Омпор» и порошкообразного пенообразователя «Омпор-Люкс».

Таблица 5.4

Составы пенобетона марок по средней плотности D300 — D800 с расходами пенообразователей «Омпор» и «Омпор-Люкс»

Примечание: Пенобетон изготавливался по двухстадийной технологии путем смешивания с цементным тестом пены, полученной из пенообразователей «Омпор-Люкс» и «Омпор» в концентрации по сухому веществу.

Таблица 5.5

Состав сухой смеси для производства пенобетона марки по средней плотности D400 с оптимальным (по структуре пенобетона и из экономической целесообразности) расходом пенообразователя «Омпор-Люкс»

Примечания:

1. Пенобетон изготавливался по одностадийной технологии путем добавления 0,6 л воды на каждые 950 г сухой смеси при перемешивании в течение 40 сек на высокоскоростном смесителе (1100 мин-1).

2. В качестве сухого заменителя жидкого стекла использовался Na2SiO3·9H2O.

5.21 Исходные, ориентировочные составы ячеистобетонных смесей, апробированные в производственных условиях, для изготовления конструкционно-теплоизоляционного и теплоизоляционного пенобетона приведены в Приложении 5 (таблицы П.5.1 - П.5.10).

На втором этапе производится корректирование состава ячеистого бетона с учетом введения фибры и ее влияния на соотношения компонентов смеси и ее свойства. В результате корректирования определяется номинальный состав ячеистофибробетонной смеси.

Подбор номинального состава ячеистофибробетонной смеси

Подбор состава ячеистого фибробетона производится с учетом влияния вводимой фибры на свойства ячеистофибробетонной смеси (в т.ч. реологические), а также свойства ячеистого фибробетона.

5.22 Состав ячеистого фибробетона должен обеспечить получение материала требуемой прочности при заданных технологических свойствах ячеистобетонной смеси, назначаемых, исходя из принятой технологии производства изделий.

Состав ячеистого фибробетона подбирается в лабораторных условиях опытно-расчетным путем с обязательным контролем и соответствующей корректировкой в производственных условиях.

Задание по подбору состава ячеистого фибробетона должно содержать, кроме указанного в п. 5.4, также:

• временное сопротивление фибры разрыву (МПа);
• длину фибры lf, мм.

В числе основных факторов, влияющих на прочность ЯФБ и текучесть ячеистобетонной смеси, являются содержание (процент или коэффициент дисперсного армирования) фибр и их длина.

Ориентировочный процент фибрового армирования определяется, исходя из требуемой прочности ячеистого фибробетона на осевое растяжение.

5.25 При подборе состава ячеистого фибробетона (ЯФБ) с заданными свойствами следует учитывать особенности его как композита, а также ячеистофибробетонных смесей, обусловленные наличием дополнительного, по сравнению с традиционным бетоном, компонента — фибры.

Дисперсная арматура при введении ее в бетонную смесь влияет на пустотность и суммарную удельную поверхность компонентов смеси, как дополнительный заполнитель, а также на реологические свойства. При этом изменяется объем цементного теста, водотвердое отношение по сравнению с исходным бетоном, необходимый для формирования оптимальной структуры ячеистого фибробетона.

Расход фибры (Фm и Ф) по массе и по объему номинального состава ячеистого фибробетона рассчитывают по следующим формулам:

\text{Ф}_{m} = \mu_{fm} \cdot P_{\text{сух}} или \Phi = 10 \cdot \mu_{f} \cdot \gamma_{\text{ф}}, (5.10)

где \mu_{fm} — коэффициент фибрового армирования по массе;

\mu_{f} — процент фибрового армирования по объему;

\gamma_{\text{ф}} — плотность фибры в г/см3.

Расход (в кг) вяжущего (Pвяж), кремнеземистого компонента (Pк) и воды (В) на 1 м3 номинального состава ячеистого фибробетона рассчитывают последовательно по формулам (3.6) — (3.9).

5.26 На пробных замесах определяют удобоукладываемость номинальной рассчитанной ячеистофибробетонной смеси и ее соответствие требуемой. При необходимости вносят соответствующие поправки. При подборе состава ячеистого фибробетона по технологическим свойствам следует в первую очередь учитывать, что введение фибры снижает подвижность получаемой смеси ЯФБ по сравнению с исходной бетонной смесью.

Влияние фибры и повышение водопотребности ЯФБ смеси определяется опытным путем. В дополнительных замесах определяют характеристики ячеистофибробетонной смеси номинального, расчетного состава с определенной удобоукладываемостью и при необходимости вносятся соответствующие поправки.

Основными факторами, влияющими на прочность ячеистого фибробетона и подвижность (текучесть) смеси, являются, в том числе содержание фибры, ее длина, а также диаметр.

При учете расхода пенообразователей следует принимать во внимание рекомендации [15], согласно которым фибропенобетон, в отличие от пенобетона без дисперсного армирования, характеризуется бульшим диапазоном расхода пенообразователя ПО-ЗНП, в котором его физико-механические свойства стабильны. Дисперсно армированные фибропеносмеси в диапазоне расхода пенообразователя (ПО-ЗНП) от 1,0 до 1,5% от массы твердых компонентов имеют такую же агрегативную устойчивость, что и неармированные пеносмеси с расходом данного пенообразователя не более 1,2%. То есть, фибропеносмеси более устойчивы и стабильны в достаточно широком диапазоне расхода пенообразователя ПО-ЗНП по сравнению с неармированными пеносмесями, у которых скорость набора и падения пластической прочности находится в узком интервале (0,1%) изменения расхода данного пенообразователя (см. 5.20).

Твердеющие дисперсно армированные пенобетоны, содержащие 1% ПО-ЗНП, обладают максимальной пластической прочностью, в 1,5 ... 2,0 раза выше прочности пенобетона, не содержащего дисперсной арматуры. В отличие от пеноструктур без фибрового армирования фибропеноструктуры характеризуются стабильными показателями пластической прочности при расходе пенообразователя вплоть до 1,5%.

Увеличение расхода ПО-ЗНП до определенного предела способствует снижению средней плотности смесей. У фибропенобетонов максимальное снижение плотности имеет место в диапазоне концентраций ПО-ЗНП, составляющем 1 — 1,5%. Дальнейшее насыщение пеносмесей пенообразователем приводит к росту средней плотности.

У фибропенобетонов концентрация пенообразователя «Ареком-4», соответствующая максимальному снижению плотности, находится в диапазоне значений (0,3 — 0,325%). Дальнейшее насыщение фибропеносмесей пенообразователем приводит к росту средней плотности, причем у фибропеносмесей в меньшей (на 20% ниже) степени, чем у пеносмесей без фибрового армирования.

5.27 Рекомендуется в целях экспериментальной корректировки сначала подготовить два состава ячеистофибробетонной смеси с содержанием фибры соответственно \mu_{1} = 0,9\mu_{o} и \mu_{2} = 1,1\mu_{o} , где \mu_{o} — ориентировочный процент фибрового армирования.

При этом подвижность (текучесть) обоих составов должна быть одинаковой и соответствовать требуемой подвижности (текучести). Соответствующие этому значения водотвердых отношений обозначают (В/Т)1 и (В/Т)2.

Из полученных смесей формуют образцы (по 6 образцов каждого состава). Для ускорения твердения образцы подвергают тепловой обработке. При этом ЯФБ на стекловолокне марки СЦ6-ПУ можно пропаривать при температуре t <= 80 °C.

Дальнейшее хранение образцов в течение суток осуществляется в нормальных температурно-влажностных условиях, после чего производят их испытание на изгиб.

Определяют значения прочности ЯФБ R\prime_{fbb} и R\prime_{f}\prime_{bb} (разрушающее напряжение при изгибе) соответственно составов 1 и 2.

5.28 Уточненные значения \mu_{f} и В/Т определяются исходя из результатов испытаний составов методом интерполяции.

Уточненное значение требуемого процента армирования \mu_{fT} определяется по формуле:

\mu_{fT} = \mu_{1} + \frac{(\mu_{2} - \mu_{1})(R_{fbb}^{o} - R\prime_{fbb})}{R\prime_{f}\prime_{bb} - R\prime_{fbb}} , (5.11)

где R_{fbb}^{o} — проектное значение прочности на изгиб ЯФБ на растяжение при изгибе;

R\prime_{fbb} , R\prime_{f}\prime_{bb} — прочности на изгиб ячеистого фибробетона соответственно составов 1 и 2.

С целью снижения значения В/Т при сохранении необходимой подвижности (текучести) смеси, необходимо использовать пластифицирующие добавки.

Уточненное значение требуемого водотвердого отношения (В/Т)Т определяется по формуле:

(\text{В }/\text{Т})_{\text{Т}} = \frac{(\mu_{fT} - \mu_{1})[(B/T)_{2} - (B/T)_{1}]}{\mu_{2} - \mu_{1}} . (5.12)

5.29 При подборе составов ЯФБ рекомендуется принимать во внимание оптимальное содержание фибры, обеспечивающее максимальную прочность, минимальные значения усадки и плотности, а также необходимые по технологии реологические свойства ячеистобетонной смеси.

5.30 Рекомендуется с увеличением дисперсного армирования пропорционально увеличивать водотвердое отношение В/Т в целях сохранения реологических характеристик, отвечающих требованиям технологии, так как наряду с возрастанием пластической прочности (устойчивости ячеистобетонной смеси после вспучивания) и плотности ячеистого бетона уменьшается подвижность (текучесть) ячеистобетонной смеси. При этом, следует иметь в виду, что увеличение В/Т снижает интенсивность нарастания пластической прочности сырца, а, следовательно, повышается вероятность просадки массивов после окончания вспучивания.

Для получения необходимой подвижности (текучести по Суттарду) ячеистофибробетонной смеси рекомендуется для каждого значения В/Т принимать соответствующее количество фибры. В частности, для ячеистофибробетонной смеси на известково-песчаном вяжущем с асбестовым волокном (асбеста хризотилового марки К-6-20 и К-6-30 с длиной волокон 0,7 — 1 мм) при В/Т = 0,6 добавку асбестового волокна рекомендуется принимать \mu_{m} = 0,8\% от массы сухих компонентов, для В/Т = 0,7 — \mu_{m} = 1,9\% , а для В/Т = 0,7 — \mu_{m} = 4,5\% .

Для улучшения реологических свойств в целом, с целью оптимального соотношения пластической прочности и плотности (вязкости и подвижности-текучести) ячеистофибробетонной смеси рекомендуется вводить 1 — 1,5%; 2,5 — 3% и 4,5 — 5% асбестового волокна соответственно при В/Т = 0,6; 0,7; 0,8.

5.31 При подборе состава теплоизоляционного ячеистого бетона автоклавного твердения на известковом вяжущем рекомендуется оптимальная дозировка 3 — 5% асбеста, при которой практически полностью ликвидируются такие явления, как ложное «кипение», просадка массы, образование трещин при схватывании и в процессе автоклавной обработки.

5.32 Рекомендуется принимать оптимальное содержание базальтовой, полипропиленовой и хризотиловой фибр в диапазоне 0,6 — 0,65% по объему, что обеспечивает максимальные значения прочности фибропенобетона при изгибе и при сжатии. В частности, для базальтовой фибры оптимальный процент фибрового армирования рекомендуется принимать равным \mu_{\text{оптим}} = 0,6 , а для полипропиленовой и хризотиловой фибр — \mu_{\text{оптим}} = 0,6 - 0,65\% . Для хризотиловой фибры для обеспечения наибольшей прочности при сжатии оптимальный процент можно принимать \mu_{\text{оптим}} = 0,8\% .

Дальнейшее увеличение содержания фибрового армирования не рекомендуется ввиду снижения прочности и получения дефектной структуры фибропенобетона.

5.33 Рекомендуется в целях снижения усадочных деформаций фибропенобетона оптимальный процент содержания полипропиленовой фибры принимать равным \mu_{\text{оптим}} = 0,2\% по объему. Для фибропенобетона с хризотиловой фиброй оптимальный процент ее содержания рекомендуется принимать \mu_{\text{оптим}} = 0,4\% . С базальтовыми волокнами можно достичь уменьшения усадочных деформаций при их объемном содержании \mu_{\text{оптим}} = 0,8\% . Введение же армирующих волокон в количестве более 0,8% по технологическим причинам не рекомендуется (во избежание разрушения структуры фибропенобетона).

При выборе материала фибр рекомендуется учитывать, что фибропенобетон, армированный высокомодульными волокнами (базальтовая фибра), показывают большую эффективность по снижению усадочных деформаций.

5.34 Усадочные деформации фибропенобетона по данным исследований [23] можно определять по формуле

\epsilon_{\text{фб}} = \epsilon_{\text{б}} \cdot \alpha_{1} \cdot \alpha_{2}, (5.13)

где \alpha_{1} = \frac{E_{b}}{E_{b}(1 - \mu_{o}) + E_{\text{ф}} \cdot \mu_{o}} характеризует соотношение модуля упругости ячеистого бетона к модулю упругости ЯФБ;

\epsilon_{\text{фб}} — усадочные деформации фибропенобетона, мм/м;

\epsilon_{\text{б}} — усадочные деформации пенобетона, мм/м;

Eb — модуль упругости ячеистого бетона, МПа;

Eф — модуль упругости фиброволокна, МПа;

\mu_{o} — коэффициент объемного армирования;

\alpha_{2} = (\pi \cdot d \cdot \ell)/F .

Здесь F — дисперсность армирования, равная F = \frac{4\mu_{o}}{d} . См. формулу (4.2).

Автор работы [23], анализируя зависимость (5.13), констатирует, что при доле объемного армирования менее 0,6%, длине фибр более 20 мм и диаметре более 0,03 мм, расчетная усадка превышает нормативное значение (3 мм/м по ГОСТ 25485).

5.35 Рекомендуется, на основании полученной выше зависимости, в целях получения нормируемых значений расчетной усадки (3 мм/м по ГОСТ 25485), использовать при проценте (доле) объемного армирования до 0,6% волокна не длиннее 20 мм и диаметром не более 0,03 мм.

Оптимальную длину волокон рекомендуется принимать не более 1 мм, обеспечивающую при объемном фибровом армировании \mu_{o} \geq 0,47\% минимальные усадочные деформации.

Рекомендуется использовать фибру с оптимальным диаметром волокон, принимаемым dоптим. = 0,01 мм, обеспечивающим значительное снижение усадочных деформаций при проценте фибрового армирования \mu_{o} \geq 0,6\% .

5.36 Рекомендуется также применять наиболее оптимальный вариант фибрового армирования — полиармирования с комбинацией низкомодульных и высокомодульных армирующих волокон, что обеспечивает в комплексе наименьшие усадочные деформации и одновременно высокую прочность на изгиб. В частности, можно использовать комбинацию из полипропиленовых и базальтовых волокон в количестве 0,2% и 0,4% соответственно.

5.37 Рекомендуется в целях снижения усадочных деформаций при проектировании составов фибропенобетонов вводить в ячеистобетонную смесь оптимальное содержание фиброволокна. Для некоторых волокон оптимальный процент объемного фибрового армирования может быть следующий:

• 0,2% для полипропиленовой фибры по ТУ 5743-001-33181456 (ЗАО «СОТ») в фибропенобетоне марки по плотности D1200;
• 0,8% — для базальтовой фибры по ТУ 5952-036-05328981;
• 0,4% — для хризотил-асбестового волокна (ОАО «НИИпроектасбест», г. Асбест) марок А-6-50, А-5-70 и А-6К-30.

При этом значения усадочных деформаций могут быть снижены до 1,77 — 1,98 мм/м. По данным [2] усадочные деформации фибропенобетона марки по средней плотности D600 с полипропиленовой фиброй могут быть снижены до 1,6 — 1,7 мм/м.

Оптимальное количество целлюлозных волокон в автоклавном газобетоне плотностью D400 рекомендуется принимать 0,15% от массы сухих компонентов.

5.38 На основании полученной в [23] формулы (5.13), определяющей усадочные деформации фибропенобетона, рекомендуется использовать высокомодульные базальтовые волокна с наименьшими значениями коэффициента \alpha_{1} в формуле (5.13), а также короткие и тонкие хризотиловые волокна, отличающиеся бульшей дисперсностью и, соответственно, меньшим значением коэффициента \alpha_{2} .

Кроме этого, рекомендуется при коэффициенте фибрового армирования не более 0,6% (\mu_{o} \leq 0,6\%) использовать волокна не длиннее 20 мм и диаметром не более 0,03 мм.

5.39 Дисперсное армирование ЯФБ волокнами асбеста (марки К-6-20) рекомендуется принимать в количестве 1,5 — 5% от массы сухих компонентов, что уменьшает склонность к трещинообразованию из-за проявления усадочных деформаций и, соответственно, увеличивает в 1,1 — 1,4 раза коэффициент трещиностойкости Kcrc, определяемый по формуле

K_{crc} = \frac{R_{bt}^{\text{сух}}/R_{b}^{\text{сух}}}{R_{bt}^{\text{вл}}/R_{b}^{\text{вл}}} . (5.14)

В формуле (11.1):

R_{bt}^{\text{сух}} — прочность на растяжение ЯФБ в сухом состоянии;

R_{bt}^{\text{вл}} — прочность на растяжение ЯФБ во влажном состоянии;

R_{b}^{\text{сух}} — прочность на сжатие ЯФБ в сухом состоянии;

R_{b}^{\text{вл}} — прочность на сжатие ЯФБ во влажном состоянии.

5.40 В Приложении 6 (таблица П.6.1) приведены ориентировочные значения содержания (процента) дисперсного армирования различным фиброволокном ячеистого фибробетона.

5.41 Подбор состава ячеистого фибробетона рекомендуется производить с применением методов математического планирования эксперимента. Для получения ячеистого фибробетона с заданными прочностными характеристиками и пониженными усадочными деформациями рекомендуется с целью оптимизации технологических параметров реализовать стандартный ротатабельный план второго порядка для двух переменных. Исходные примерные уровни варьирования технологических факторов приведены в таблице 5.21.

Таблица 5.21

Уровни варьирования технологических факторов

5.42 В качестве критериев оптимизации принимаются: прочность при сжатии, прочность на растяжение при изгибе, усадочные деформации. Переменными факторами могут быть длина волокна фибры X1 и количество волокон X2 в ячеистобетонной смеси.

Технологические параметры должны обеспечивать достаточно высокую трещиностойкость, максимальную прочность ячеистого фибробетона на растяжение и пониженные усадочные деформации.

В качестве примера можно привести результаты статистической обработки экспериментальных данных, полученные в исследованиях, проведенных в НИИЖБе [2]. Полученные математические зависимости прочности (R), усадочных деформаций (\epsilon) , коэффициента Km = Rbt/Rb, характеризующего трещиностойкость ячеистого фибробетона с полипропиленовой фиброй, имели следующий вид:

R_{b} = 27,2 - 6,74X_{1} - 0,83X_{2} + 2,03X_{1}X_{2} + 3,44X_{1}^{2} + 3,56X_{2}^{2};

\epsilon = 2,55 + 0,28X_{1} + 0,08X_{2} + 0,07X_{1}X_{2} - 0,11X_{1}^{2} - 0,11X_{2}^{2};

K_{m} = 0,32 + 0,042X_{1} + 0,007X_{2} + 0,03X_{1}X_{2} - 0,03X_{1}^{2} + 0,02X_{2}^{2}.

Анализ полученных зависимостей показывает, что при подборе состава ячеистобетонной смеси следует учитывать фактор повышения коэффициента трещиностойкости и усадочных деформаций с увеличением длины волокон. Увеличение усадочных деформаций объясняется повышенной водопотребностью смеси для поддержания ее текучести (без применения пластифицирующих добавок).

5.43 После реализации стандартного плана и статистической обработки его результатов определяют технологические параметры (расход фибры, длина волокон, расход вяжущего, В/Т, добавок и т.д.), обеспечивающие получение ячеистого фибробетона заданной плотности и максимальной прочности.

Технологические параметры (содержание фибры, В/Т, соотношение между кремнеземистым компонентом и вяжущим) изготовление изделий из ячеистого фибробетона должны обеспечивать высокую трещиностойкость и пониженные усадочные деформации.

5.44 В Приложении 7 (таблицах П.7.1 - П.7.17) приведены опытные и рекомендуемые составы фибропенобетонных и фиброгазобетонных смесей для ячеистого фибропенобетона и фиброгазобетона неавтоклавного и автоклавного твердения.

6 ПОДГОТОВКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПРИГОТОВЛЕНИЕ ЯЧЕИСТОФИБРОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ

6.1 Вопросы подготовки сырьевых материалов и приготовления ячеистых смесей без дисперсного армирования достаточно подробно изложены в «Рекомендациях по изготовлению и применению изделий из неавтоклавного ячеистого бетона» НИИЖБ, М.: 1986, и в «Инструкции по изготовлению изделий из ячеистого бетона» СН 277-80.

В соответствии с «Рекомендациями по изготовлению и применению изделий из неавтоклавного ячеистого бетона» сырьевые смеси для крупноразмерных изделий рекомендуется готовить на заполнителях с рациональной гранулометрией, обеспечивающей максимальную упаковку твердых частиц или с пониженным В/Т. При этом в зависимости от марки по средней плотности содержание немолотого или грубомолотого кремнеземистого компонента (от общего их количества) рекомендуется в пределах 30 — 80%, а тонкомолотого — 70 — 20%.

Помол компонентов рекомендуется проводить в шаровых мельницах или дезинтеграторах (мокрым способом). Тонкость помола компонентов рекомендуется принимать в соответствии с таблицей 6.1.

Таблица 6.1

Рекомендуемая тонкость помола кремнеземистого компонента

Примечания: 1. Кремнеземистый компонент с максимальными значениями удельной поверхности рекомендуется применять для изготовления мелкозернистых изделий.

2. Песок с высокой удельной поверхностью (свыше 1500 см2/г) рекомендуется готовить в шаровых мельницах с применением мокрого помола; средняя плотность шлама при этом должна быть 1,5 — 1,7 кг/л.

Дозирование вяжущего и кремнеземистого компонента рекомендуется производить по массе с точностью +1% для вяжущего и +2% для кремнеземистого компонента.

6.2 В процессе приготовления ячеистофибробетонной смеси необходимо учитывать, что в технологии изготовления фибробетонов вопросы приготовления смесей занимают первостепенное место. Основной принцип этой технологии состоит в том, чтобы обеспечить равномерное распределение армирующих волокон по объему с образованием ими пространственного каркаса, размер ячеек которого определяется геометрическими характеристиками фибр и их объемной концентрацией.

6.3 Для приготовления ячеистофибробетонных смесей при изготовлении неавтоклавных фибропенобетонов можно рекомендовать следующие технологии:

• двухстадийная, которая предусматривает перемешивание отдельно приготовленных раствора и пены заданной кратности;
• одностадийная, основанная на турбулентном перемешивании цементно-песчаного раствора (немолотые пески) и пенообразователя в высокоскоростном смесителе (ГУП НИИЖБ) или путем турбулентно-кавитационного перемешивания в сочетании с аэрированием (ЗАО «Фибробетон»);
• одностадийная, которая включает приготовление пенобетонной смеси в герметичном смесителе под давлением с последующей ее транспортировкой к месту укладки.

6.4 Основными агрегатами на технологической линии по производству пенобетона является пенобетоносмеситель и пеногенератор. Пеногенератор установки используется для приготовления пены из белкового пенообразователя. Рекомендуется применять пеногенераторы марок ВП-5М и ВП-5, прошедшие испытания в НИИЖБе.

6.5 Рекомендуется приготавливать ячеистофибробетонную смесь в смесителях нового типа, либо в существующих серийно выпускаемых аппаратах. В частности, приготовление фибробетона со стекловолокном целесообразно производить в спирально-вихревых, спирально-шнековых высокооборотных смесителях (например, в гидродинамическом смесителе конструкции НИИСиликатбетона). Приготовление фибропенобетона с фиброй из рубленого базальтового волокна, хризотил-асбеста и полипропиленового волокна (типа «Фибрин» и др.) рекомендуется производить в турбулентных смесителях с принудительным смешиванием материалов при больших окружных скоростях движения рабочих органов. В частности, для изготовления ячеистого фибробетона, армированного полимерными волокнами, рекомендуется применять серийно выпускаемый турбулентный смеситель СБ-133 Новосибирского завода строительных машин, а также смесители СБ-43А, СБ-108 с частотой вращения ротора 550 и 520 об/мин соответственно.

6.6 Рекомендуется производить фибропенобетонную смесь (армированную полиамидным волокном) методом гидродинамической кавитации (турбулентно-кавитационным способом), который способствует формированию мелкодисперсной пористости (диаметр пор менее 0,8 мм) и тонких стенок воздушных пузырьков, что, в свою очередь, позволяет увеличить термическое сопротивление и снизить предельное водонасыщение.

Применение метода гидродинамической кавитации позволяет получить фибробетонную смесь без применения пеногенератора и компрессора. Оборудование состоит из передвижного кавитационно-роторного смесителя (производительностью 0,1 м3 фибробетонной смеси за 1 цикл длительностью 5 — 6 минут), который способствует равномерному распределению пузырьков воздуха по объему смеси. Пузырьки стабилизируются пенообразователем и армируются частицами цемента и песка. Осадка смеси практически отсутствует благодаря высокой устойчивости смеси и «несжимаемости» пузырьков из-за наличия в них избыточного давления.

6.7 Для изготовления фибропенобетонной смеси рекомендуется также применять технологию и ассортимент оборудования «Торнадо». Смесители по этой технологии комплектуются специальными запатентованными роторами, обеспечивающими, одновременно с поризацией, измельчение твердых частиц раствора и равномерное распределение минеральных или синтетических волокон. Измельченные компоненты позволяют сформировать достаточно мелкие закрытые пузырьки с замкнутыми тонкостенными оболочками.

6.8 Основное отличие технологии изготовления фибробетонов от технологии обычного ячеистого бетона без дисперсного армирования заключается в последовательности добавления в процессе замешивания армирующего элемента — фиброволокна. В связи с этим, в первую очередь рекомендуется определить способ и последовательность введения фибры в формовочную смесь, так как именно на этой стадии происходит армирование бетона волокнами, равномерность и однородность распределения которых закладывает основы для получения ячеистого бетона с улучшенными свойствами. При этом существует несколько способов введения фибры и приготовления ячеистобетонной смеси:

• добавление фиброволокна предварительно в сухую смесь;
• добавление фиброволокна в процессе замешивания раствора непосредственно в пенобетонную смесь;
• добавление волокна предварительно в воду затворения.

В первом случае для определенного типа фибры удается получить более равномерное распределение волокон. При этом волокна добавляют порциями в сухую смесь из цемента и песка и перемешивают. В дальнейшем в полученный состав добавляется вода и происходит его смешивание в бетоносмесителе.

Во втором случае волокна добавляются в бетоносмеситель во время приготовления ячеистобетонного раствора. Засыпают небольшими порциями, следя за равномерным их распределением в составе. Время замеса при этом увеличивается почти вдвое. И в первом, и во втором случаях необходимо периодически проверять раствор на качество.

6.9 Для однородного распределения различных волокон фибры в формовочной ячеистобетонной смеси могут быть рекомендованы следующие схемы ее введения:

Схема 1. Волокна вводятся непосредственно в свежеприготовленную формовочную смесь, а затем производится дополнительное совместное перемешивание.

Схема 2. Введение волокон осуществляется в воду затворения совместно с сухими компонентами.

Схема 3. Волокна вводятся в воду затворения при повышенной температуре (от 20 до 100 °C) и интенсивно обрабатываются в течение 10 — 20 мин, а затем дозируются сухие компоненты.

6.10 Для цементостойкого стекловолокна рекомендуется совместное введение волокна и сухих компонентов (схема 2), которая является для данного волокна наилучшей схемой. Введение же цементостойкого стекловолокна по схеме 3 приводит к их сплетению, комкованию и неоднородному распределению волокон в формовочной смеси.

Однородное распределение цементостойкого стекловолокна в формовочной смеси можно осуществить только в скоростных смесителях с интенсивным перемешиванием в гидродинамическом смесителе конструкции НИПИСиликатбетона. При этом перемешивание следует производить за минимально возможный промежуток времени (во избежание значительного измельчения волокон), которое для каждого смесителя (в зависимости от его конструктивных особенностей) следует определять индивидуально.

6.11 Рекомендуется в соответствии с п. 6.9 стекловолокно вводить в гидродинамический смеситель конструкции НИПИСиликатбетона совместно с сухими материалами (по схеме 2) в виде прядей длиной 30 мм и перемешивать в течение 2 — 2,5 мин. За этот период времени должна достигаться оптимальная однородность формовочной смеси, а волокна измельчаются до величины 5 — 25 мм (средний размер волокон находился в пределах 10 — 15 мм).

6.12 В соответствии с (патент (RU) RU 2 568 207 C1) в процессе приготовления ячеистой фибробетонной смеси для изготовления фибропенобетона с дисперсным армированием стеклянной фиброй можно рекомендовать следующую последовательность загрузки компонентов:

• предварительно в сухую смесь связующего и кварцевого песка вводятся однотипные по составу микроармирующие стеклянные волокна и полые стеклянные микросферы диаметром 20 — 160 мкм с перемешиванием до однородного состояния;
• готовится водный раствор (при нормальной температуре) с пластифицирующей добавкой для повышения реакционной способности смеси;
• приготовленный водный раствор с суперпластификатором перемешивается с сухими компонентами, а затем вводится пена.

Вводимый в ячеистую фибропенобетонную смесь тонкодисперсный порошок стеклянных микросфер характеризуется повышенной водопотребностью, что непосредственно влияет на увеличение водотвердого отношения смеси и, соответственно, приведет к снижению прочностных характеристик. В связи с этим, для сохранения заданного водотвердого отношения расход подобранного суперпластификатора должен корректироваться таким образом, чтобы количество воды затворения оставалось постоянным независимо от дозировки полых стеклянных микросфер.

6.13 В процессе изготовления фибропенобетона (Патент РФ № 2123484) пена готовится в скоростном смесителе в течение 3 минут при частоте вращения вала 150 — 160 об/мин, шлакощелочное вяжущее (молотый шлак + жидкое стекло) готовится при перемешивании в течение 1 — 1,5 мин, после чего готовая пена подается в раствор и полученная смесь перемешивается в течение 2,5 мин при частоте вращения вала 100 — 110 об/мин. Стекловолокно в виде отрезков длиной 2 — 3 см вводится в процессе перемешивания смеси. Готовая смесь выливается в формы-кассеты и остается вызревать в течение 6 часов.

6.14 Углеродное волокно FibARM Fiber C вводится в смеситель в последнюю очередь или перед добавлением воды с последующим перемешиванием около 2-х мин для достижения полной однородности раствора. Волокно можно вводить вместе с сухими компонентами.

6.15 Полипропиленовое волокно «ВСМ-Бетон» из термопластичных полимеров по ТУ 2272-006-1349727-2013 может перемешиваться в любом типе смесителей (гравитационного или принудительного действия), то есть, хорошего диспергирования волокон при соответствующем отсутствии их комкования можно достичь в смесителях как гравитационного, так и принудительного действия. ВСМ волокно может вводиться как непосредственно после добавления воды, так и в сухую смесь перед добавлением воды. При этом для более качественного распределения фиброволокон фибру во время перемешивания рекомендуется засыпать в бетоносмеситель (миксер) частями (небольшими порциями). Рекомендуемая продолжительность перемешивания ячеистобетонных смесей увеличивается на 10 — 20% для получения смеси бетона, в котором отдельные элементарные волокна должны быть распределены гомогенно. Время перемешивания может составлять около 15 минут.

При введении волокон ВСМ в ячеистобетонную смесь удобоукладываемость смеси не падает, так как увеличивается ее эластичность, пластичность и гомогенность, в связи с чем, не требуется дополнительного введения воды затворения.

6.16 Рекомендуется для некоторых видов неметаллических волокон производить предварительную распушку для разделения отрезков комплексных нитей на элементарные волокна в целях их более равномерного и однородного распределения в ячеистобетонной смеси. В результате распушки появляется возможность уменьшения длины волокон или их содержания, что значительно облегчает процесс приготовления смеси. Распушка волокон (при степени распушки в пределах 80 — 100%) заключает в себе потенциальные возможности улучшения свойств (например, трещиностойкости) ячеистого фибробетона, которые должны быть реализованы в процессе приготовления смеси.

6.17 При добавлении в ячеистобетонную смесь асбеста его необходимо предварительно распушить в смесителе. Предварительная распушка асбестового волокна в водной среде при повышенной температуре перед дозировкой сухих компонентов (схема 3) обеспечивает его наилучшую однородность распределения в ячеистобетонной смеси. Распушку рекомендуется производить в скоростном гидродинамическом смесителе, который должен промываться после каждой рабочей смены и при длительных перерывах в работе. При этом асбестовое волокно помещается в воду с температурой 80 +/- 5 °C и интенсивно перемешивается в течение 15 — 20 мин. После распушки асбесто-водная пульпа подается в гидродинамический смеситель конструкции НИПИСиликатбетона, куда также дозируются вода, вяжущее, а затем, спустя 2,5 — 3 мин, — алюминиевая пудра. Далее газобетонная смесь перемешивается дополнительно с алюминиевой пудрой в течение одной минуты и заливается в формы.

6.18 Однородность распределения волокон в формовочной смеси рекомендуется определять согласно п. 9.9 настоящих Рекомендаций. Однородность распределения асбестовых волокон допускается определять визуально. При этом смесь из гидродинамического смесителя выливается в емкость с размерами дна 50 x 100 см и растекается тонким слоем, что позволяет обнаружить наличие неоднородностей, комков и сплетений. Расплыв смеси, определенный на приборе Суттарда, во всех случаях должен быть в пределах 24 — 26 см.

6.19 В соответствии с (Патент RU (11) 2226517 (13) C2 137) для изготовления фибропенобетона (В/Т = 0,25 — 0,60) неавтоклавного твердения с полиамидной фиброй можно рекомендовать следующую последовательность загрузки компонентов фибропенобетонной смеси:

• сначала в смеситель подают воду и 40 — 60% поверхностно-активного вещества ПАВ (сульфонат порошок или лаурилсульфат натрия) и перемешивают в течение 0,5 — 1 мин;
• затем в смеситель подают кремнеземистый компонент и полиамидные волокна и продолжают перемешивать еще 2,5 — 4,0 мин, после чего вводят цемент и пластификатор и перемешивают 1,5 — 3 мин;
• в полученную смесь вводят оставшуюся часть ПАВ и стабилизатор — алюминат натрия, и перемешивают до полной поризации в течение 0,5 — 4 мин.

По такой схеме введение полиамидных волокон совместно с кремнеземистым компонентом и перемешивание в течение 2,5 — 4 мин обеспечивает их равномерное распределение и исключает процесс агрегации, а также обеспечивает возможность транспортировки и укладки смеси при минимальных усадочных деформациях.

6.20 Рекомендуется в соответствии с патентом РФ № 2206544 фибру (полиамидную, параполиамидную, базальтовую, полипропиленовую, из стекловолокна, из винола) вводить в последнюю очередь в процессе перемешивания смеси в смесителе турбулентного типа (емкостью 200 л, оснащенный ротором с 2 типами винтов) после последовательного введения воды, связующего, добавки, заполнителя и порообразователя. При этом время перемешивания компонентов после введения дисперсной арматуры должно быть не менее 0,5 мин и не более 6 мин.

Рекомендуется также способ приготовления фибропенобетонной смеси осуществлять путем смешивания минерального вяжущего с волокном и водным раствором пенообразователя, при котором сначала производится смешение вяжущего с 0,55 — 1,82% фиброволокна, а затем вводится остальное волокно с водным раствором пенообразователя.

6.21 В случае, если при приготовлении сырьевой смеси (с полимерным микроармирующим волокном (ВСМ) диаметром 20 — 50 мкм, длиной 3 — 18 мм или базальтовым волокном диаметром 13 — 17 мкм, длиной 6 — 12 мм) используется модифицирующая добавка в виде многослойных углеродных нанотрубок диаметром 8 — 40 мм, длиной 2 — 50 мкм, а также суперпластификатор (патент РФ № 2422408), то рекомендуется производить предварительную обработку суперпластификатора с водой и нанотрубками в течение 30 — 60 секунд в ультразвуковом диспергаторе с частотой 20 кГц, а затем осуществлять перемешивание полученной суспензии с портландцементом, заполнителем, пенообразователем и фиброволокном в течение 5 — 6 мин.

6.22 При изготовлении ячеистобетонной смеси с базальтовой микрофиброй модифицированной (МБМ) может быть использован смеситель принудительного действия, при этом микрофибра добавляется в сухую смесь непосредственно перед добавлением жидких компонентов. Время перемешивания — не менее 10 мин. Рубленое волокно также сначала смешивается с сухими компонентами, а затем добавляется вода в количестве, необходимом для получения теста нормальной густоты.

6.23 В соответствии с работой [6] рекомендуются три схемы последовательности загрузки материалов, а также способов и режимов перемешивания при приготовлении базальтофибробетонных смесей:

• первая схема — введение базальтового волокна в сухую смесь цемента, песка, добавки, до получения однородной смеси сухих компонентов и последующее затворение их водой;
• вторая схема — введение базальтового волокна в предварительно приготовленную цементную суспензию с последующим введением песка;
• третья схема — введение базальтового волокна в предварительно приготовленную смесь.

Для конкретного случая (при диаметре волокон 11 — 13 мкм и оптимальной их длины 15 мм) рекомендуется 3-я схема перемешивания, позволяющая получать при прочих равных условиях более качественное распределение волокна, а также сократить цикл приготовления смеси по сравнению с 1-й и 2-й схемами. По третьей схеме перемешивания в базальтофибробетонной смеси с добавкой МБ-10-01 большая часть пучков волокон распадается на элементарные волокна, в отличие от смеси без добавки МБ-10-01, приготовленной по 1-й и 2-й схемам, в которой после перемешивания наряду с отдельными волокнами остаются нераспавшиеся пучки.

6.24 Добавку волластонита в ячеистый фибробетон рекомендуется подавать в смеситель сразу после цемента. Рекомендуется применять бетоносмеситель принудительного действия лоткового типа с горизонтальным валом. Весь цикл перемешивания сырьевой смеси может составлять 3 — 4 мин.

6.25 В процессе приготовления ячеистофибробетонной смеси содержание волокон не должно превышать рассчитанный оптимальный уровень во избежание их комкования.

6.26 Рекомендуется при введении в состав сырьевой смеси фибры из стекловолокна принимать оптимальную длину волокон в пределах от 15 до 40 мм. Применение волокон более 40 мм не рекомендуется, так как не позволяет качественно перемешать смесь за счет образования несмешиваемых с остальной массой участков, состоящих из спутанных волоконных прядей, что, в свою очередь, не дает возможности получить качественный ячеистый фибробетон.

6.27 В таблице 6.2 приведены рекомендуемые режимы продолжительности перемешивания смеси фибропенобетона для различных плотностей.

Таблица 6.2

Рекомендуемое время продолжительности перемешивания смеси теплоизоляционного фибропенобетона

7 ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЯЧЕИСТОГО ФИБРОБЕТОНА

7.1 Вопросы формования изделий из ячеистого бетона без дисперсного армирования достаточно подробно изложены в «Рекомендациях по изготовлению и применению изделий из неавтоклавного ячеистого бетона» НИИЖБ, М.: 1986 г., и в «Инструкции по изготовлению изделий из ячеистого бетона» СН 277-80.

В соответствии с указанными «Рекомендациями» при формовании изделий необходимо осуществлять следующие технологические операции:

• подача ячеистобетонной смеси в формы;
• вспучивание ячеистобетонной смеси (в сопровождении вибрации или без нее);
• выдержка отформованной массы до приобретения необходимой пластической прочности;
• срезка «горбушки» и прикатка поверхности в крупноразмерных изделиях или разрезка крупных массивов на блоки с помощью резательных машин;
• подача изделий на тепловую обработку.

7.2 Изделия из ячеистого фибробетона (мелкие стеновые блоки, теплоизоляционные плиты и др.) рекомендуется изготовлять по литьевой или вибрационной технологиям, а крупноразмерные армированные конструкции — по вибрационной технологии. Формование изделий из дисперсно армированного теплоизоляционного газосиликата рекомендуется производить по литьевой технологии.

7.3 Вибровспучивание пластичных ячеистобетонных смесей (с расплывом по Суттарду 9 — 13 см) рекомендуется производить на стандартных виброплощадках с вертикальными или горизонтальными колебаниями согласно «Инструкции по изготовлению изделий из автоклавного ячеистого бетона по комплексной вибрационной технологии» (М.: Стройиздат, 1975). Вибровспучивание ячеистобетонных смесей с повышенной жесткостью (с погружением конуса СтройЦНИЛ 3 — 5 см) рекомендуется производить на стандартных виброплощадках с вертикальными колебаниями, с применением прерывистого режима вибрирования. После заливки ячеистобетонную смесь рекомендуется вибрировать по 10 — 15 с с промежутками через 2,5 — 3 мин. Весь период повторных вибровоздействий должен составлять 20 — 25 мин.

7.4 Стальные формы для производства изделий или крупных массивов должны удовлетворять требованиям ГОСТ 18886 и других действующих стандартов на стальные формы.

7.5 После вспучивания смеси формы следует выдерживать при температуре не ниже 15 °C до приобретения требуемой пластической прочности бетона-сырца. Для ускорения схватывания ячеистофибробетонную смесь рекомендуется обогревать (при t = 40 — 50 °C). Контроль нарастания пластической прочности рекомендуется определять с помощью пластометра НИИсиликатобетона по ОСТ 21-43-80, а также с помощью переносного конического пластометра пружинного типа и непружинного типа согласно Приложению 2 СН 277-80. Описание пластометра непружинного типа и правила пользования приведены в «Инструкции по изготовлению изделий из ячеистого автоклавного бетона по комплексной вибрационной технологии».

7.6 Формы, залитые фибропенобетонной смесью, рекомендуется выдерживать в цехе перед тепловой обработкой не менее 6 ч. Поверхность фибропенобетонных изделий во время выдержки рекомендуется предохранять от интенсивного испарения влаги, например, полиэтиленовой пленкой.

7.7 Образовавшуюся после вспучивания ячеистофибробетонной смеси «горбушку» рекомендуется срезать при пластической прочности бетона-сырца 0,015 — 0,02 МПа. После срезки «горбушки» и прикатки на поверхности изделия не должна выступать влага.

7.8 Рекомендуется для получения качественной макроструктуры ячеистого фибробетона бетона при формовании синхронизировать процессы вспучивания и схватывания ячеистобетонной смеси. Следует определить оптимальные условия формований ячеистобетонной смеси с фиброволокном, которые позволят сохранить реологические характеристики смеси, отвечающие требованиям технологии.

7.9 При определении оптимальных условий формований ячеистобетонной смеси с фиброволокном необходимо учитывать два фактора. С одной стороны, введение фиброволокна способствует значительному повышению пластической прочности, вязкости и устойчивости ячеистобетонной смеси после вспучивания. При содержании фибры более 1% по массе, волокна сдерживают осадку смеси, сохраняя ее устойчивость до начала формирования минераловолокнистой структуры фибробетона. При дозировке 3 — 5% асбестового волокна практически полностью ликвидируются такие явления, как ложное «кипение», просадка массы, образование трещин при схватывании и в процессе автоклавной обработки. С другой стороны, введение фиброволокна приводит к повышению водопотребности формовочной смеси. При этом наибольшей водопотребностью характеризуются смеси с добавкой асбеста, в меньшей степени — смеси с добавкой цементостойкого стекловолокна и полимерных волокон. В этом случае реологические характеристики (необходимую подвижность-текучесть) смеси без введения пластифицирующих добавок можно сохранить пропорциональным ростом водотвердого отношения В/Т. Например, для сохранения подвижности (текучести) смеси, равной на приборе Суттарда 24 см, при введении 4,5% асбеста от массы сухих компонентов, В/Т необходимо повысить с 0,45 до 0,75 — 0,8. Увеличение В/Т снижает интенсивность нарастания пластической прочности сырца, а, следовательно, повышается вероятность просадки массивов после окончания вспучивания. Для устранения данного эффекта рекомендуется повышать температуру воды затворения.

7.10 Рекомендуется для обеспечения необходимых реологических характеристик (требуемой текучести и пластической прочности) ячеистофибробетонной смеси оптимальную величину фибрового армирования определять для каждого значения В/Т. Например, оптимальное содержание асбестового волокна рекомендуется принимать \mu_{m} = 1 - 1,5\% (от массы сухих компонентов) при В/Т = 0,6, \mu_{m} = 2,5 - 3\% при В/Т = 0,7 и \mu_{m} = 4,5 - 5\% при В/Т = 0,8.

7.11 Рекомендуется реологические свойства (вязкость, текучесть) смесей с добавкой асбестового волокна регулировать введением пластифицирующих добавок, способных существенно понизить поверхностное натяжение на границе раздела фаз.

7.12 Допускается количественное содержание стекловолокна увеличивать до 8% от массы сухих компонентов при сохранении консистенции ячеистофибробетонной смеси в диапазоне изменения В/Т от 0,45 до 0,58 без введения пластифицирующих добавок.

7.13 Допускается формование теплоизоляционных изделий из ячеистого фибробетона плотностью смеси \gamma_{\text{см}} \leq 700\text{кг}/\text{м}^{3} с полимерной фиброй производить литьевым способом без использования пластифицирующих добавок, так как для таких смесей эффект повышения структурной вязкости в результате введения волокон заметно снижается и значительного повышения водотвердого отношения не требуется.

7.14 Рекомендуется в целях сохранения устойчивости ячеистофибробетонной смеси и ее реологических характеристик использовать стекловолокно оптимальной длины от 15 до 40 мм.

7.15 Рекомендуется при формовании ячеистофибробетонной смеси применять технологию турбулентно-кавитационного способа с перистальтическим насосом, который позволяет подавать эту смесь до 60 м в высоту и 150 м по горизонтали и позволяют заливать фибробетонной смесью за 1 раз на высоту до 3 м без потери качества смеси.

7.16 В таблице 7.1 приведены рекомендуемые режимы формования смеси теплоизоляционного фибропенобетона различной плотности.

Таблица 7.1

Рекомендуемые режимы формования смеси теплоизоляционного фибропенобетона плотностей D350, D600 с асбестовым и стеклянным волокном

7.17 В таблице 7.2 приведены рекомендуемые значения пластичности (вязкости) смеси по конусу для фибропенозолобетона марки по плотности D700 — D750 по данным [19].

Таблица 7.2

Пластичность (вязкость) смеси по глубине погружения конуса СтройЦНИЛфибропенозолобетона плотности D700 — D750

7.18 Заливку ячеистофибробетонной смеси рекомендуется производить с высоты не более 60 см за один прием на требуемую высоту формы. Высоту заливки можно определять по формуле

H = K_{\text{Г}} \cdot h \frac{\gamma_{m}^{\text{я}}}{\gamma_{m}^{p}} , (7.1)

где KГ — коэффициент, учитывающий высоту «горбушки» после вспучивания, равен 1,1;

h — высота формы, см;

\gamma_{m}^{\text{я}} , \gamma_{m}^{p} — средняя плотность соответственно ячеистобетонной и растворной смеси, кг/м3.

8 ТЕПЛОВАЯ ОБРАБОТКА ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЯЧЕИСТОГО ФИБРОБЕТОНА

8.1 Для твердения отформованных изделий рекомендуется применять пропаривание, а также обогрев горячими газами. Обогрев с помощью электронагревателей в туннельных и щелевых камерах рекомендуется осуществлять по режиму, обеспечивающему совмещение процессов твердения и сушки изделий.

8.2 В таблице 8.1 приведены рекомендуемые режимы тепловлажностной обработки теплоизоляционного фибропенобетона плотностей D350, D600 с асбестовым и стеклянным волокном.

Таблица 8.1

Рекомендуемые режимы тепловлажностной обработки теплоизоляционного фибропенобетона плотностей D350, D600 с асбестовым и стеклянным волокном

8.3 Тепловлажностную обработку (ТВО) изделий из автоклавного ячеистого фибробетона (с добавкой асбестовых волокон) рекомендуется производить в промышленном автоклаве при избыточном давлении 0,9 МПа по режиму 3 + 8 + 4 часа.

8.4 Изделия из автоклавного ячеистого фибробетона с целлюлозной фиброй, после набора пластической прочности 0,5 МПа пропариваются в автоклаве при температуре 175 +/- 5 °C и давлении 0,8 +/- 0,05 МПа.

8.5 Автоклавную обработку заформованных массивов автоклавного ячеистого фибробетона с добавкой волластонита можно осуществлять по следующему режиму: подъем давления до 0,8 — 1,0 МПа (3 — 4 часа), выдержка при давлении 0,8 — 1,0 МПа (7 — 8 часов) и спуск давления в течение 4 часов. Общий цикл запаривания составляет 15 — 16 часов.

8.6 Твердение в формах изделий из фибропенозолобетона марки по плотности D800 может происходить в условиях пропаривания при температуре изотермической выдержки 80 °C по режиму (в часах): 3 + 6 + естественное охлаждение в закрытой камере.

8.7 В процессе изготовления дисперсно армированного ячеистого бетона (Патент РФ № 2123484) изделия после срезания «горбушки» подвергаются пропариванию при атмосферном давлении по режиму 2 + 3 + 6 + 2 ч при температуре изотермического прогрева 85 +/- 5 °C. При изготовлении фибропенобетона смесь в опалубочных формах подвергается пропариванию при температуре изотермического прогрева 85 +/- 5 °C по режиму 3 + 6 + 2 ч.

8.8 При производстве ячеистофибробетонных изделий рекомендуется сокращать время твердения без снижения их качества, так как этот процесс занимает до 90% от времени всего производственного цикла, а предварительная выдержка является довольно продолжительной стадией, необходимой для обеспечения определенной структурной прочности ячеистого фибробетона.

8.9 Рекомендуется в целях ускорения твердения ячеистого фибробетона применять разогрев смеси, в том числе путем затворения горячей водой. При этом эффект от использования горячей воды может быть усилен выдерживанием отформованных изделий до начала тепловой обработки в камерах микроклимата с параметрами окружающей среды, соответствующими температуре смеси.

8.10 Рекомендуется осуществлять следующие оптимальные условия процесса твердения фибропенобетона при его интенсификации [19]:

а) затворение смеси водой с температурой 60 °C;

б) выдерживание отформованных изделий до начала тепловой обработки при температуре окружающей среды 40 °C;

в) сокращение предварительной выдержки до 4 ч;

г) применение мягких режимов пропаривания при скорости подъема температуры в камере, равной 10 °C/ч.

8.11 Рекомендуется в целях снижения отпускной влажности ячеистого фибробетона до нормируемых значений применять комбинированный (двухстадийный) режим (ТВО), согласно которому на первой стадии осуществляется обработка твердеющего фибропенобетона паром, а на второй — разогретым до 110 °C сухим воздухом. Комбинированный прогрев является целесообразным технологическим приемом, позволяющим получать ячеистый фибробетон с высокой прочностью и пониженной влажностью, что предопределяет низкие значения усадки и, следовательно, высокую долговечность изделий в период эксплуатации.

8.12 Допускается изделия из теплоизоляционно-конструкционного фибропенозолобетона марки по плотности D800 изготавливать без тепловой обработки в условиях естественного твердения в 28-суточном возрасте, а также в условиях повышенной влажности с последующим высушиванием до постоянной массы.

8.13 Конечная влажность в изделиях на песке не должна превышать 10% (по массе), а на золе — 18%. Тепловая обработка не должна приводить к появлению трещин на открытых поверхностях изделий.

8.14 Тепловую обработку изделий можно осуществлять также в продуктах сгорания газа. Режим обработки устанавливается опытным путем из условия получения изделий требуемого качества.

9 КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ, ЯЧЕИСТОФИБРОБЕТОННОЙ СМЕСИ И ИЗДЕЛИЙ

9.1 Неавтоклавный и автоклавный армированный фиброй ячеистый бетон должен отвечать требованиям соответственно ГОСТ 25485 и ГОСТ 31359-2007.

9.2 Изделия из армированного фиброй ячеистого бетона должны удовлетворять требованиям соответствующих стандартов и рабочих чертежей.

9.3 Испытания армированного фиброй НЯБ и АЯБ должны производиться по ГОСТ 10180, ГОСТ 12730.1, ГОСТ 25485, ГОСТ 7076, ГОСТ 12730.2, ГОСТ 25898, ГОСТ 31359-2007.

9.4 Контроль качества сырьевых материалов, ячеистофибробетонной смеси и изделий рекомендуется производить в соответствии с Инструкцией СН 277-80.

9.5 Контроль качества сырьевых материалов должен осуществляться лабораторией предприятия. Поступающие на предприятие материалы принимаются партиями и проверяются по соответствующим стандартам, техническим условиям и другой нормативной документации.

Контроль пенообразователей определяют в соответствии с п. 9.6.

9.6 Контроль кратности и стабильности пены осуществляют с помощью сосуда, изготовленного из прозрачного материала (оргстекла) с отверстиями в днище. Сосуд имеет размеры: диаметр 9,9 см, высота 13 см, объем 1 л. Отверстия в количестве 13 шт. равномерно распределены по днищу сосуда и имеют диаметр 0,3 см.

После приготовления пена помещается в сосуд и взвешивается.

Кратность пены Кп определяется по соотношению средней плотности пенообразователя \rho_{\text{т}}^{\text{оп}} и средней плотности пены \rho_{\text{т}}^{\text{п}} , полученной после приготовления

\text{К}_{\text{п}} = \rho_{\text{т}}^{\text{оп}}/\rho_{\text{т}}^{\text{п}}. (9.1)

Стабильность (устойчивость) пены С определяется по разности между 100% и водоотделением В у пены, которое происходит за 15 мин ее выдержки в сосуде с отверстиями в днище

С = 100% — В. (9.2)

Водоотделение пены определяется по количеству жидкости, выделившейся из пены в течение одного часа (в % к исходному количеству взятого для испытания раствора пенообразователя) и вычисляется по разнице между первоначальной Mн и конечной Mк массой пены после 15 мин до 1 часа выдержки), отнесенная к первоначальной массе пены и умноженная на 100%

В = (Mн — Mк)/Mн·100%. (9.3)

Стойкость пены в растворе смеси определяется путем смешивания вручную в течение 1 мин 1 л пены и 1 л непоризованной растворной смеси.

Коэффициент стойкости вычисляется по следующей формуле:

Kсп = Vпр/(Vр + Vп), (9.4)

где Vпр — объем поризованной растворной смеси, полученной после смешивания, мл;

Vр — объем непоризованной растворной смеси, мл;

Vп — объем пены, мл.

9.7 Каждая новая партия фибры, поступившая на производство, проверяется на соответствие паспортным данным завода-изготовителя.

9.8 При контроле производственных процессов лаборатории рекомендуется проверять:

• однородность распределения фиброволокна в формовочной смеси (по п. 9.9);
• дисперсность материалов, подвергнутых помолу (на приборе АДП-3 или ПСХ);
• температуру воды затворения;
• тщательность очистки и смазки форм;
• текучесть ячеистофибробетонной смеси на приборе Суттарда или подвижность смеси с помощью конуса СтройЦНИЛ;
• среднюю плотность фибропеногазобетонной смеси;
• температуру смеси при заливке, а также при схватывании;
• высоту вспучивания смеси в форме;
• пластическую прочность бетона-сырца с помощью пластометра НИПИсиликатобетона перед распалубкой и тепловлажностной обработкой;
• режим тепловой обработки изделий.

9.9 Определение эксплуатационной надежности (прочности, трещиностойкости, жесткости и т.д.) конструкций из ячеистого фибробетона производится таким же образом, как и изделий из обычного железобетона по ГОСТ или ТУ на данное изделие с учетом положений ВСН 56-97. Периодичность контроля прочности фибробетона изготовленных конструкций устанавливается ГОСТами или ТУ на соответствующие изделия.

9.10 Система контроля прочности фибробетона включает:

• приемочный контроль качества исходных материалов;
• контроль фибросодержания и однородности распределения фибр в матрице;
• контроль средней величины и коэффициента вариации предела прочности фибробетона при растяжении.

9.11 Каждая новая партия фибры, поступившая на производство, дополнительно испытывается в бетонах текущего производственного состава. При этом прочность бетона не должна отличаться от производственной более чем на +/- 10%.

Кроме этого, фибра должна испытываться в бетонных производственных составах при температурах изотермического выдерживания. В частности, стекловолокнистая щелочестойкая фибра согласно п. 2.5.5 ВСН 56-97 испытывается в бетонных производственных составах при температурах 60 — 80 °C изотермического выдерживания в течение 8 часов. При этом снижение прочности не должно превышать 20%.

9.12 Согласно п. 2.5.6 ВСН 56-97 на технологических линиях надлежит организовать систематический контроль равномерности распределения фибр в ячеистобетонной смеси. Методику контроля для стекловолокнистой фибры рекомендуется принимать по указанному выше пункту ВСН 56-97.

Рекомендуется однородность распределения фибры в фибропенобетонной смеси определять также по величине погружения специального конуса в смесь под действием собственного веса в соответствии с методикой, предложенной в [15], а также в ТУ 5767-033-02069119-2003 «Изделия из фибропенобетона, ЗАО „ФИПЕБ“ (Ростов-на-Дону, 2003) и „Технологическом регламенте на изготовление фибропенобетона плотностью 700 ... 800 кг/м куб.“ (РГСУ, ООО „Темп“, Ростов-на-Дону, 2001).»

Согласно этой методике определяется пластическая прочность смеси \tau_{i} и коэффициент вариации пластической прочности (Vc). По величине коэффициента вариации Vc определяется однородность фибропенобетонной смеси. Если Vc > 12%, то изготовленная смесь имеет неоднородности в виде спутанных друг с другом фибр.

При этом пластическая прочность (\tau_{i}) смеси (\tau_{i}) рекомендуется определять по следующей формуле:

(\tau_{i}) = k \cdot P/(H_{i})^{2}, (9.5)

где P — масса конуса со скользящим стержнем, г;

k — коэффициент, зависящий от угла конуса. При угле, равном 30°, k = 0,4446.

Коэффициент вариации пластической прочности (Vc) фибропеносмеси определяется по результатам проведенных испытаний по формуле:

V_{c} = (W_{c}/(d \cdot \tau)) \cdot 100\%, (9.6)

где W_{c} = \tau_{max} - \tau_{min} — внутрисерийный размах по результатам трех определений пластической прочности;

d — коэффициент, зависящий от числа определений. Для трех определений пластической прочности d = 1,693;

\tau — среднее значение пластической прочности.

В исключительных случаях допускается однородность распределения фиброволокна в формовочной смеси определять визуально. В частности, при контроле формовочной смеси с асбестовым волокном смесь из гидродинамического смесителя выливается в емкость с размерами дна 50 x 100 см и растекается тонким слоем, что позволяет обнаружить наличие неоднородностей, комков и сплетений. Расплыв смеси, определенный на приборе Суттарда, во всех случаях должен быть в пределах 24 — 26 см.

9.13 При проверке готовых изделий следует контролировать: среднюю плотность, прочность на сжатие, отпускную влажность — в каждой партии изделий; размеры изделий, толщину защитного слоя арматуры, наличие выколов, трещин — в каждой партии изделий; морозостойкость, усадку при высушивании — при изменении состава и средней плотности ячеистого фибробетона, теплопроводность — перед началом массового изготовления, при изменении технологии и материалов, но не реже одного раза в год.

9.14 Приемку бетона по прочности, средней плотности и отпускной влажности производят для каждой партии изделий. Контроль прочности на сжатие и растяжение производят по ГОСТ 10180, среднюю плотность по ГОСТ 12730.1 или ГОСТ 17623, отпускную влажность по ГОСТ 12730.2 и ГОСТ 21718.

9.15 Прочность на сжатие рекомендуется определять через 1 сутки после тепловой обработки неавтоклавного ячеистого фибробетона. При этом следует также учитывать дополнительное нарастание прочности образцов в камере при влажности 90% и температуре 20 °C. Коэффициент увеличения прочности составляет около 30%.

9.16 Для определения прочности на сжатие неавтоклавного ячеистого фибробетона рекомендуется использовать следующую формулу:

R_{b}^{28} = 1,3R_{bT}, (9.7)

где R_{b}^{28} — прочность на сжатие образцов, прошедших тепловую обработку и дополнительное хранение до 28 сут, МПа;

RbT — прочность на сжатие образцов, испытанных через 1 сут после тепловой обработки, МПа;

1,3 — усредненный коэффициент нарастания прочности.

9.17 Рекомендуется определять остаточную прочность по Приложению Б СП 297.1325800.2017, а также характеристики трещиностойкости по ГОСТ 29167 по результатам испытаний на изгиб образцов с надрезом, определяющих критическое значение условного коэффициента интенсивности напряжений (Kc*, МПа·м0,5), характеризующего вязкость фибробетона при разрушении.

Значение условного критического коэффициента интенсивности напряжений определяется в ходе неравновесного испытания на изгиб образцов-призм квадратного сечения, размером 100 x 100 x 400 мм. Схема испытания приведена на рисунке 9.1.

Рисунок 9.1 — Схема испытания образцов-призм по определению критического коэффициента интенсивности напряжений

Критический коэффициент интенсивности напряжений определяется по формуле (9) ГОСТ 29167.

9.18 Определение усадки при высыхании следует производить по ГОСТ 25485.

9.19 Контроль ячеистого фибробетона по показателям теплопроводности производят по ГОСТ 7076. Контроль бетона по показателям теплопроводности производят перед началом массового изготовления, при изменении технологии и материалов, но не реже одного раза в год.

9.20 Карта технологического контроля с контролируемыми параметрами приведена ниже в таблице 9.1.

Таблица 9.1

Карта технологического контроля

10 ХРАНЕНИЕ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЯЧЕИСТОГО ФИБРОБЕТОНА

10.1 Отгрузку изделий Заказчику следует производить тогда, когда прочность ячеистого фибробетона будет не менее отпускной (80% от проектного класса — летом и не менее 100% проектной — зимой).

10.2 Готовые изделия должны храниться на крытом складе или под навесом в соответствии с требованиями ГОСТ 11118, ГОСТ 19570, ГОСТ 5742.

10.3 Теплоизоляционные изделия, рассортированные по маркам, следует хранить в контейнерах. При отсутствии контейнеров — в штабелях не более шести рядов по высоте с деревянными прокладками толщиной не менее 25 мм и шириной 70 мм.

10.4 Хранение, погрузку, транспортирование и разгрузку изделий следует производить с соблюдением мер, исключающих возможность их повреждения и длительного увлажнения.

10.5 Хранить и транспортировать крупноразмерные стеновые изделия следует в рабочем положении в кассетах с размещением стоек кассет на расстоянии не менее 0,2 м от торца изделия. Плиты покрытий следует хранить в штабелях, имеющих не более шести рядов с установкой инвентарных деревянных прокладок толщиной не менее 30 мм, которые устанавливаются вблизи монтажных петель или меток, указывающих место строповки. Мелкие блоки следует хранить и транспортировать на специальных поддонах или в контейнерах. Блоки из ячеистого фибробетона (ФЯБ) должны храниться рассортированными по типам, категориям, классам по прочности, маркам по средней плотности и должны быть уложенными в штабели высотой не более 2,5 м и защищены от увлажнения.

10.6 Транспортировать крупноразмерные конструкции следует при условии надежного закрепления, исключающего их смещение относительно друг друга и относительно основания транспортного средства. Блоки из ФЯБ следует перевозить в контейнерах по ГОСТ 20259 или на поддонах по ГОСТ 18343 с жесткой фиксацией термоусадочной пленкой или перевязкой их стальной лентой по ГОСТ 3560 или другим креплением, обеспечивающим неподвижность и сохранность блоков. Перевозку блоков осуществляют транспортом любого вида в соответствии с требованиями ГОСТ 9238 и «Техническими условиями погрузки и крепления грузов».

10.7 Погрузку и выгрузку изделий следует производить соответствующими подъемными механизмами. Запрещается производить погрузку блоков навалом и разгрузку их сбрасыванием.

11 ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ЯЧЕИСТОГО ФИБРОБЕТОНА

11.1 Применение и проектирование конструкций из ячеистого фибробетона следует производить с учетом общих положений и требований, изложенных в СП 339.1325800.2017 «Конструкции из ячеистых бетонов. Правила проектирования», СП 297.1325800.2017 «Конструкции фибробетонные с неметаллической фиброй. Правила проектирования», СП 63.13330.2012 «СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения», СП 15.13330-2012 «СНиП II-22-81* Каменные и армокаменные конструкции».

Общие требования по возведению конструкций из ячеистого фибробетона рекомендуется принимать согласно СП 70.13330.2012 и СП 339.1325800.2017 (п. 9), а также в соответствии с СТО 501-52-01-2007, СТО НОСТРОЙ 2.9.136-2013 и РМД 52-01-2006 в целях повышения качества выполняемых строительно-монтажных, проектных работ, сокращения сроков и снижения стоимости изготовления за счет использования типовых единых практических подходов к выполнению работ на основе унифицированных методик и технологий.

11.2 Область применения ячеистого фибробетона (ЯФБ) неавтоклавного и автоклавного твердения определяется их основными физико-механическими характеристиками. Основной особенностью неавтоклавных ячеистых бетонов по сравнению с автоклавными, которую надлежит учитывать при проектировании и применении, является повышенная усадка, которая может приводить к появлению усадочных трещин в изделиях как во время изготовления, так и в процессе эксплуатации. Согласно ГОСТ 25485 контролируемая усадка ячеистых бетонов неавтоклавного твердения может достигать 3 мм/м, в то время как у автоклавных ячеистых бетонов — 0,5 — 0,7 мм/м.

11.3 Рекомендуется нормировать трещиностойкость ЯФБ, обусловленную проявлением усадочных деформаций, с использованием коэффициента Kcrc, определяемого по формуле (5.14) по следующим градациям:

• высокая трещиностойкость — интервал коэффициента трещиностойкости Kcrc находится в пределах 0,75 — 1;
• удовлетворительная трещиностойкость Kcrc = 0,5 — 0,75;
• низкая трещиностойкость Kcrc < 0,5.

11.4 Допускается предельное значение усадочных деформаций при высыхании ЯФБ неавтоклавного твердения принимать равным 2 мм/м.

11.5 Нормативные и расчетные сопротивления ЯФБ при растяжении для предельных состояний второй группы и расчетные сопротивления при растяжении для предельных состояний первой группы при расчете крупноразмерных конструкций допускается принимать согласно СП 63.13330.2012 по таблицам 6.7 и 6.8, а также согласно СП 339.1325800.2017 по таблицам 5.1 и 5.3 с повышающими коэффициентами:

1,2 — для фибропенобетона марки по средней плотности D1200 с хризотил-асбестовым волокном;

1,5 — для фибропенобетона с полипропиленовой и полиамидной фиброй;

1,8 — для фибропенобетона с базальтовой фиброй.

11.6 Кроме этого, рекомендуется нормируемые прочностные характеристики ячеистого фибробетона принимать по результатам статистической обработки данных испытаний контрольных образцов на осевое растяжение или на растяжение при изгибе. Рекомендуется остаточную прочность ЯФБ определять по результатам испытаний образцов с надрезом согласно Приложению Б СП 297.1325800.2017, а также предел прочности на растяжение ЯФБ и значение коэффициента интенсивности напряжений Kc, характеризующего вязкость фибробетона при разрушении при изгибе, по ГОСТ 29167 (см. п. 9.17).

11.7 Расчетные сопротивления сжатию кладки из мелких ячеистофибробетонных блоков в зависимости от марки бетона блоков принимаются согласно СП 15.13330 по таблице 3.

11.8 Нормативные и расчетные сопротивления ЯФБ при сжатии для предельных состояний второй группы и расчетные сопротивления при сжатии для предельных состояний первой группы при расчете крупноразмерных конструкций допускается принимать согласно СП 63.13330.2012 по таблицам 6.7 и 6.8, а также согласно СП 339.1325800.2017 по таблицам 5.1 и 5.3.

11.9 Начальный модуль упругости Efb и коэффициент линейной температурной деформации \alpha_{fbt} ЯФБ рекомендуется определять согласно правилу смесей по формулам

E_{fb} = E_{b}(1 - \mu_{fv}) + E_{f}\mu_{fv}, (11.1)

\alpha_{fbt} = \alpha_{bt}(1 - \mu_{fv}) + \alpha_{f}\mu_{fv}, (11.2)

где \mu_{fv} — коэффициент фибрового армирования по объему;

Ef — модуль упругости фиброволокна;

\alpha_{f} — коэффициент линейной температурной деформации фиброволокна.

Значения модуля упругости для автоклавного фиброгазобетона марок по средней плотности D500 — D700 допускается принимать по СП 63.13330.2012 (таблица 6.11) и СП 339.1325800.2017 «Конструкции из ячеистых бетонов. Правила проектирования» (таблица 5.5) с учетом повышающего коэффициента 1,1.

11.10 Значение предельных относительных деформаций при растяжении для автоклавного фиброгазобетона марок по средней плотности D500 — D700 допускается принимать равным 0,00035.

11.12 За нормативные сопротивления растяжению фиброволокна Rf,ser принимаются наименьшие контролируемые значения временного сопротивления разрыву для фибры в виде отрезков комплексной нити или элементарного волокна в зависимости от предусмотренной проектом технологии изготовления конструкций.

Указанные контролируемые характеристики фиброволокна принимаются в соответствии с техническими условиями на фибру и гарантируются с вероятностью не менее 0,95.

Расчетные сопротивления фиброволокна растяжению для предельных состояний первой группы Rf определяются путем деления нормативных сопротивлений на коэффициент надежности по фибре \gamma_{sf} , принимаемый в зависимости от вида фиброволокна.

11.13 Расчетные сопротивления фибры из стекловолокна рекомендуется принимать по таблице 11.1.

Таблица 11.1

Нормативные и расчетные сопротивления при растяжении стекловолокна

11.14 Расчетное сопротивление на растяжение фибры из стекловолокна понижается путем умножения на коэффициент K_{\tau} , учитывающий снижение прочности фибры в цементном камне по сравнению с прочностью исходного волокна, принимаемый по п. 11.16.

11.15 Коэффициент K_{\tau} зависит от типа и химического состава волокна, условий твердения и возраста ячеистого фибробетона. Значения коэффициента K_{\tau} для фибры из щелочестойкого стекловолокна марки Щ-15ЖТ приведены в таблице 11.2.

Для стекловолокна марки СЦ6 коэффициент K_{\tau} может приниматься равным 1 для условий, обозначенных под номерами 1, 2 и 3, и равным 0,9 — для условий 4 в таблице 11.2.

Таблица 11.2

Значения коэффициента K_{\tau}

11.16 При вычислении расчетного сопротивление на растяжение фибры из стекловолокна рекомендуется вводить коэффициент условий работы \gamma_{fb1} , значения которого принимаются в зависимости от процента объемного армирования ячеистого фибробетона и влажности среды, в которой эксплуатируется конструкция, по таблице 11.3.

Таблица 11.3

11.17 Основными, наиболее доступными в изготовлении и строительстве (без монтажных кранов) изделиями из ФЯБ являются стеновые мелкие блоки. Конкретные размеры блоков из ФЯБ устанавливаются в проектах зданий и согласовываются с организациями — изготовителями блоков в зависимости от способа их формования — в индивидуальных или кассетных формах. Изготавливаются блоки по ТУ 5741-001-80392712-2013 (Сертификат соответствия № РОСС RU.АГ75.Н05997 от 11.10.2013), ТУ 5741-001-85812188-2016 и др. по аналогии с ГОСТ 31360, ГОСТ 21520.

11.18 Мелкие блоки из ФЯБ рекомендуется применять в бескаркасных зданиях в наружных и внутренних несущих стенах. Требуемая прочность кладки стен и блоков определяется расчетом на все действующие нагрузки (в том числе на ветровые и сейсмические) на основании СП 15.13330.2012 (пп. 6 - 8) и СП 339.1325800.2017 (п. 6.2). Конструирование стен из мелких блоков рекомендуется выполнять согласно п. 8 СП 339.1325800.2017, СП 15.13330.2012 (п. 9, 10, Приложения Г, Д, Е), а также СТО 501-52-01-2007, СТО НОСТРОЙ 2.9.136-2013, РМД 52-01-2006.

11.19 Толщина стен из мелких блоков и панелей, изготовляемых из ФЯБ, необходимая для обеспечения требуемого сопротивления теплопередаче, определяется расчетом по СП 50.13330.2012. При этом значения коэффициентов теплопроводности, приведенные в таблице Приложения Т СП 50.13330.2012, допускается снижать для фибропенобетона неавтоклавного твердения с полимерными волокнами и принимать по ТУ 5741-001-80392712-2013. Рекомендуемые значения коэффициента теплопроводности допускается принимать по таблице 11.1.

11.20 Показатели марки по морозостойкости теплоизоляционного и конструкционно-теплоизоляционного фибропенобетона в зависимости от марок по средней плотности допускается принимать по таблице 11.4.

Таблица 11.4

Физико-механические и теплотехнические показатели фибропенобетона по ТУ 5741-001-80392712-2013

11.21 Наряду с указанным выше (см. пп. 11.17 - 11.19) применением мелких блоков из ФЯБ в бескаркасных малоэтажных зданиях, их применение возможно (при соответствующем технико-экономическом обосновании) также и в зданиях с внутренними стенами или каркасами из тяжелого или легкого бетонов, а также с колоннами и пилястрами из кирпича. Исходя из условий обеспечения теплотехнических, архитектурных и прочих требований допускается облицовка наружных стен из ФЯБ кирпичом.

11.22 В тех случаях, когда для изготовления и монтажа изделий из ФЯБ имеется соответствующее крановое оборудование, рекомендуется применить индустриальные крупноразмерные конструкции, а именно:

• крупные стеновые блоки, армированные и неармированные;
• стеновые армированные панели;
• армированные плиты покрытий и перекрытий.

Размеры этих конструкций, армирование, сопряжение между собой и другие детали решаются в соответствии с требованиями ГОСТ 11118, ГОСТ 19570-2017, РМД 52-01-2006.

11.23 Проектированию крупноразмерных конструкций из ФЯБ автоклавного твердения и зданий из них в каждом конкретном случае должно сопутствовать их опытное производство по принятой технологии, которое должно доказать технологическую возможность регулярного изготовления этих конструкций с усадочными трещинами не более 0,2 мм.

11.24 Допускается применять ремонт панелей на заводе или после их монтажа.

11.25 Указанные выше (см. п. 11.22 - 11.23) настоящих Рекомендаций) крупноразмерные конструкции из ФЯБ рассчитываются и конструируются согласно положениям, изложенным в СП 297.1325800.2017 (раздел 7), СП 339.1325800.2017 (п. 6.1 и п. 9), а также в РМД 52-01-2006 с учетом прочностных и деформативных характеристик в соответствии с пп. 11.5 - 11.16.

11.27 Конструкции междуэтажных перекрытий (в том числе, над подвалом или подпольем), а также покрытий (чердачных и бесчердачных) должны проектироваться максимально индустриальными в виде крупноразмерных сборных плоских плит. Наряду с указанными выше индустриальными перекрытиями могут применяться сборно-монолитные перекрытия с использованием мелких блоков.

11.28 Сборно-монолитные железобетонные плоские плиты перекрытий состоят из железобетонных монолитных балок, бетонируемых между стеновыми мелкими блоками из ФЯБ, укладываемыми на опалубку (рисунок 11.1).

Рисунок 11.1 — Сборно-монолитное перекрытие:

1 — мелкий ячеистобетонный блок; 2 — монолитная железобетонная балка из мелкозернистого бетона; 3 — арматурные каркасы; 4 — опалубочная доска

11.29 Толщина перекрытия и шаг балок определяются размерами блоков, которые могут быть по толщине от 150 до 300 мм, по длине от 400 до 600 мм.

Для изготовления таких перекрытий рекомендуется использовать разреженную опалубку (расположенную вдоль монолитных балок). Блоки укладываются «насухо» и по возможности плотнее друг к другу. На поверхности блоков, обращенных в сторону балок, для улучшения сцепления между ними устраиваются углубления — борозды, фаски, насечки (поз. 3 на рисунке 11.2). Тяжелый бетон монолитных балок должен иметь класс (марку) не ниже B7,5. Бетонная смесь должна быть пластичной, с крупностью заполнителей не более 10 мм (мелкозернистый бетон).

Рисунок 11.2 — Сборно-монолитные перекрытия для зданий, возводимых при отсутствии монтажных кранов:

а — принципиальная схема; б — по типовому проекту ЛенЗНИИЭП серии 216; 1 — стеновые блоки из ячеистого бетона длиной 400 — 600 мм, высотой 150 — 300 мм, толщиной (шириной) 200 — 400 мм; 2 — железобетонные монолитные балки; 3 — борозды; 4 — фаски; 5 — стеновые блоки длиной 588 мм, высотой 188 мм, толщиной (шириной) 300 мм

Расчет прочности железобетонных балок по нормальным сечениям допускается производить с учетом их совместной работы с блоками из ячеистого фибробетона согласно Приложению Г СП 339.1325800.2017.

Поперечные стержни в железобетонных балках устанавливаются по конструктивным соображениям с шагом, равным высоте балок на приопорных участках длиной 1/4 пролета. Арматурные каркасы могут изготавливаться как сварными, так и вязаными с устройством на концах всех стержней гнутых крюков.

11.30 Допускается применение крупноразмерных сборных конструкций плит перекрытий и покрытий из конструкционных неавтоклавных ячеистых бетонов (ГОСТ 25485) со средней плотностью 1000 — 1200 кг/м3 и классов от B5 до B15 только в опытном порядке. При этом рекомендуются только плоские плиты, толщина которых устанавливается расчетом и экспериментом.

11.31 При применении крупноразмерных конструкций из ФЯБ допускается использовать типовые проекты крупноблочных или крупнопанельных зданий (при соответствующей проверке расчетом прочности и прогибов этих конструкций), а при применении мелких стеновых блоков из ФЯБ можно использовать имеющиеся проекты зданий с мелкоблочными стенами из автоклавных ячеистобетонных блоков, в частности «Каталог проектов индивидуальных жилых домов и хозяйственных построек из блоков ячеистого бетона серии 216», а также проекты кирпичных домов (с соответствующей проверкой расчетом прочности стен из мелких блоков).

11.32 Применение ФЯБ в стенах животноводческих и птицеводческих зданий может быть разрешено по аналогии с автоклавными ячеистыми бетонами, которые согласно ГОСТ 11118-2009 допускаются к применению в зданиях с относительной влажностью воздуха помещений до 75% при условии нанесения на внутренние поверхности стен пароизоляционных покрытий, характеристика которых указывается в рабочих чертежах. При влажности воздуха помещений до 60% устройство пароизоляции не требуется.

Приложение 1 (справочное)

ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ФИБРЫ

П.1.1 Фибра из синтетических волокон (полипропиленовых, полиэфирных, полиамидных или нейлоновых, арамидных, акриловых, полиэтиленовых, полиолефиновых, триацетатных, капроновых, поливинилацетатных, полиакрилатных углеродных волокон, а также полиэфирных волокон из полиэтилентерефталата или «Лавсанового волокна», являющегося торговой маркой полиэтилентерефталата).

Синтетическая фибра состоит из химически синтезируемых (полимеризация, поликонденсация, карбонизация и т.п.) волокон.

Волокна подразделяют на микроволокна длиной в районе миллиметра и макроволокна длиной до 80 мм. Соотношения длины и эффективного диаметра волокон находятся в пределах от 100 до 500.

Наиболее подходящими для ячеистого бетона являются синтетические волокна, модуль упругости которых в 2 — 3 раза выше модуля упругости ячеистого бетона. Данная фибра является химически стойкой, улучшает реологические свойства ячеистофибробетонных смесей, структурообразование ячеистого бетона на стадии твердения и повышает его долговечность.

Синтетическая фибра состоит из химически синтезируемых (полимеризация, поликонденсация, карбонизация и т.п.) волокон. Различают арамидные, акриловые, нейлоновые, полиэфирные, полиэтиленовые, полипропиленовые и углеродные волокна.

Волокна подразделяют на микроволокна длиной в районе миллиметра и макроволокна длиной до 80 мм. Соотношения длины и эффективного диаметра волокон находятся в пределах от 100 до 500. Для фибрового армирования ячеистых бетонов могут использоваться синтетические волокна различного диаметра от 1 мкм до 100 мкм в виде отрезков длиной (рекомендуемой из условий пластичности) от 1,1 мм до 6,6 мм.

Синтетическая фибра по сравнению со стальной легче распределяется и смешивается, не вызывая абразивных повреждений смешивающего и подающего оборудования.

Важной характеристикой синтетической фибры является температура ее плавления, окисления или разложения.

Вышеперечисленные виды синтетической фибры обладают химической совместимостью с ячеистыми бетонами на основе портландцемента.

П.1.1.1 Полиамидная фибра

Полиамидное (нейлоновое) волокно — синтетическое волокно, формируемое из растворов или расплавов полиамидов. Волокно отличается высокой прочностью и эластичностью (низкий модуль упругости и высокие относительные деформации при разрыве). Известно под торговыми названиями капрон, найлон-6, найлон-66 и др.

Полиамидная фибра инертна к химическим воздействиям, в том числе щелочным реакциям в цементной матрице. Содержание полиамидной фибры в матрице порядка 0,1 — 0,2% не оказывает влияния на условия гидратации цемента, но при более высоком содержании фибры условия твердения матрицы с фиброй будут отличаться от исходного материала.

Полиамидную фибру под торговым названием «капрон» рекомендуется применять при дисперсном армировании пенозолобетона (Ц:З = 1:1) средней плотности 700 ... 800 кг/м3 [18], [10]. При этом процент армирования капроновыми волокнами (d = 0,02 мм, l = 20 мм) принимается 0,3 ... 2,7% по массе.

Снижения прочности капроновых волокон, прошедших испытания (по оценке щелочестойкости капроновых волокон по прочности на разрыв нитей, подвергнутых кипячению в растворах NaOH и Ca(OH)2 в течение 20 часов), не отмечено [18].

Кроме фибры заводского изготовления допускается применять фибру из промышленных отходов, в частности, из кордного волокна, получаемого из шинного корда [24]. При получении шинного корда используются полиамидные волокна (исходные полимеры).

Кордные волокна (вискозные и капроновые) относятся по своему виду к синтетическим волокнам органического происхождения.

Промышленные отходы корда представляют собой волокна длиной от 5 до 25 мм, диаметром до 0,67 мм, которые легко перемешиваются как с бетонной смесью, так и с составляющими компонентами в сухом виде, не образуя комкований, равномерно распределяясь по объему, не расслаиваясь при транспортировке и виброуплотнении бетонной смеси. Сцепление кордных волокон с цементным камнем бетона обеспечивается не только за счет адгезии, но и за счет распущенности волокон на концах, обеспечивающих анкеровку, а также за счет скрученности волокон, которые создают волокну профилирование.

Оптимальное количество кордных волокон, вводимых в бетонную смесь, может составлять 2% от массы цемента или 0,6% от массы бетона.

Физико-механические показатели полиамидных волокон и нитей по различным источникам и нормативной документации приведены в сводных таблицах П.1.1 и П.1.2.

Для оценки неравномерности нитей (таблица 4.2) по разрывной нагрузке применяют коэффициенты вариации не более 7,0%.

Значения прочностных характеристик полиамидных волокон и нитей должны быть не менее приведенных в таблицах П.1.1 и П.1.2, а также в соответствующих ГОСТ и Технических Условиях.

Таблица П.1.1

Физико-механические характеристики полиамидных волокон

Физико-механические характеристики полиамидных нитей

П.1.1.2 Арамидная фибра

Арамидное (ароматический полиамид) волокно — синтетическое волокно с высокой механической и термической прочностью. Наиболее известные мировые торговые марки арамида — Kevlar, Twaron, Nomex, Kermel, Терлон.

Арамидное волокно марки СВМ желто-зеленого цвета, блестящее, пластичное при растирании (раздавливании), толщиной 30 — 31 мкм. Результаты исследований, проведенных в НИИЖБ [1], свидетельствуют, что после пребывания в щелочной (NaOH) (0,5 Н) и кислотной (H2SO4) (0,5 Н) средах изменяется только цвет волокна (отмечается помутнение). Потеря массы составляет соответственно 2,5% и 1,5% [1].

Арамидное волокно марки «Терлон» — соломенно-желтого цвета (с зеленоватым отливом), пластичное при растирании (раздавливании), толщиной 23 — 25 мкм. После пребывания в щелочной (NaOH) (0,5 Н) и кислотной (H2SO4) (0,5 Н) средах изменяется только цвет волокна (отмечается помутнение). Потеря массы составляет соответственно 1,0% и 1,5%.

Арамидное волокно в пять раз прочнее стального и в 2,5 раза прочнее стеклянного волокна. Недостатком является способность волокна поглощать влагу. Арамидное волокно остается достаточно стабильным по прочности и деформативности при высоких температурах.

Физико-механические показатели арамидных волокон по различным источникам и нормативной документации приведены в сводной таблице П.1.3.

Таблица П.1.3

Физико-механические характеристики арамидных волокон

Значения прочностных характеристик арамидных волокон должны быть не менее приведенных в таблице П.1.3, а также в соответствующих Технических Условиях.

П.1.1.3 Полипропиленовая фибра

Полимерные волокна на основе полипропилена характеризуются повышенной деформативностью и химической стойкостью.

Полипропиленовая фибра имеет относительно высокий модуль упругости (до 8000 МПа), высокую химическую стойкость и прочность на растяжение (до 770 МПа).

Ячеистый бетон с наполнением из полипропиленовых волокон наиболее востребован в производстве пеноблоков.

Полипропиленовое волокно — синтетическое волокно, формируемое полимеризацией пропилена. Полипропиленовая фибра в мировой практике производится двух видов: моноволоконная и мультиволоконная — представляющая собой как бы разрезанную на отдельные полосы и скрученную в сеть. При перемешивании бетона мультиволоконная фибра раскручивается, вытягивается и производит сквозное армирование бетона. В большинстве случаев формируется в виде моноволокна. В отличие от полиэтилена, полипропилен менее плотный и более термостойкий (начинает размягчаться при 120 — 140 °C, температура плавления 165 — 175 °C). Превосходит полиэтиленовую фибру по термостойкости, но уступает ей по морозостойкости. Его температура хрупкости колеблется от минус 5 до минус 15 °C. Полипропиленовые волокна обладают высокой химической стойкостью и не впитывают влагу. Сцепление с растворной или бетонной матрицей имеет характер только механического взаимодействия. Волнистая форма фибры позволяет обеспечить прочное сцепление с бетоном, придать ему прочность, износостойкость.

Полипропиленовые волокна могут быть диаметром 20 — 60 мкм. Длина полипропиленовой фибры от 3 мм до 18 мм. При этом истинная плотность полипропиленовой фибры составляет 909 кг/м3, а насыпная плотность — 123 — 136 кг/м3, порозность — 86,0 — 87,6%. При расходе на 1 м3 бетона 0,6 — 1,0 кг полипропиленовой фибры повышается прочность на растяжение и изгиб, морозостойкость, износостойкость, водонепроницаемость.

Оптимальное содержание полипропиленовой фибры в неавтоклавном пенобетоне, по результатам исследований, проведенных в НИИЖБе [2] следует принимать 1 — 3% от массы цемента. Кроме этого, наиболее значительный эффект по трещиностойкости достигается при введении в состав пенобетона полипропиленовых волокон длиной 10 мм.

В Москве на Московском нефтеперерабатывающем заводе организовано опытное производство фибры из полипропилена. Полипропиленовая фибра изготавливается по ТУ 5743-001-33181465 (Фирма-производитель ЗАО «СОТ») и ТУ 2499-007-90557835-2014 «FIBRA полипропиленовая Cemmix Fibra».

В настоящее время находит свое применение полипропиленовое волокно «ВСМ-Бетон» из термопластичных полимеров по ТУ 2272-006-1349727-2013 «Волокно строительное микроармирующее», которое представляет собой полимерные фибриллированные (высокоориентированные) волокна, изготовленные из термопластичных полимеров. Тип волокна — круглое, коаксиальное ядро/оболочка диаметром 17 — 25 мкм. Применяется как компонент строительных растворов и смесей, модифицирующий структуру вяжущих веществ и предотвращающий образование и развитие внутренних дефектов цементных композиций. В пенобетонах используется в основном марка ВСМ-II-20/6 (с резкой волокон длиной 6 мм) с дозировкой 0,6 кг/м3. ВСМ способно перемешиваться в любом типе смесителей (гравитационного или принудительного действия), то есть, хорошего диспергирования волокон при соответствующем отсутствии их комкования можно достичь в смесителях как гравитационного, так и принудительного действия. ВСМ волокно может вводиться как непосредственно после добавления воды, так и в сухую смесь. Рекомендуемая продолжительность перемешивания бетонных смесей увеличивается на 10 — 20% для получения смеси бетона, в котором отдельные элементарные волокна должны быть распределены гомогенно. При введении волокон ВСМ в ячеистобетонную смесь удобоукладываемость смеси не падает, так как увеличивается ее эластичность, пластичность и гомогенность, в связи с чем, не требуется дополнительного введения воды затворения.

Российская инновационная компания «Санкт-Петербург Бизнес Энд Билдинг Систем Групп» и английская компания «ADFIL» поставляют в Россию полипропиленовое волокно «Фибрин» английской компании Fibrin (Humbelside) Ltd. Фибрин имеет прочность на растяжение в среднем 557 МПа, модуль упругости 4158 МПа.

На отечественный рынок поставляется также зарубежная полипропиленовая фибра марки Conloc.

В Англии были разработаны полипропиленовые волокна «Caricrete» длиной от 10 до 100 мм, которые дозируют в бетонную смесь в количестве от 0,1 до 0,4% от веса всего материала.

Физико-механические показатели полипропиленовых волокон и нитей по различным источникам и нормативной документации приведены в сводных таблицах П.1.4 и П.1.4а.

Таблица П.1.4

Физико-механические характеристики полипропиленовых волокон

Таблица П.1.4а

Физико-механические характеристики полипропиленовых нитей по данным ISO/TC 38/SC

Значения прочностных характеристик полипропиленовых волокон должны быть не менее приведенных в таблицах П.1.4 и П.1.4а, а также в соответствующих Технических Условиях.

П.1.1.4 Полиэфирная фибра

Полиэфирное волокно — формируемое из расплава полимера полиэтилентерефталата (PET) или его производных. Характеристики волокна во многом зависят от технологии изготовления, в том числе химической модификации. Для фибробетонов применяют, как правило, полиэфиры-термопласты, т.е. полимеры, способные обратимо переходить при нагревании в высокоэластичное либо вязкотекучее состояние. Характеристики материала изменяются с увеличением температуры, а при температуре свыше 260 °C происходит разрушение самого материала. Полиэфирные волокна обладают высокой химической стойкостью и не впитывают влагу. Сцепление с растворной матрицей имеет только характер механического взаимодействия.

«Лавсан» или «Лавсановое волокно» является торговой маркой полиэтилентерефталата. Прочность газобетонных изделий плотностью 300 — 500 кг/м3 повышается при введении добавки лавсанового волокна в количестве 1% по массе.

Физико-механические показатели полиэфирных волокон и нитей по различным источникам и нормативной документации приведены в сводных таблицах П.1.5, П.1.5а и П.1.6.

Таблица П.1.5

Физико-механические характеристики полиэфирных волокон

Физико-механические характеристики полиэфирных волокон, применяемых для изготовления шинного корда по данным [24]

Таблица П.1.6

Физико-механические характеристики полиэфирных нитей по данным ISO/TC 38/SC

Значения прочностных характеристик полиэфирных волокон и нитей должны быть не менее приведенных в таблицах П.1.5, П.1.5а и П.1.6, а также в соответствующих Технических Условиях.

П.1.1.5 Полиэтиленовая фибра

Полиэтиленовое волокно — синтетическое волокно, получаемое путем полимеризации этилена при низком или высоком давлении. Получают в виде моноволокна (нити) диаметром 0,2 — 0,8 мм. Для данного волокна характерна относительно низкая температура плавления и термопластичность, ввиду чего даже при сравнительно небольшом повышении температуры прочность его сильно снижается. Положительным качеством полиэтиленового волокна является их очень высокая химическая стойкость.

Фибра на основе полиэтиленового волокна может иметь различную конфигурацию для улучшения свойств сцепления. Полиэтиленовая фибра не впитывает влагу и хорошо распределяется даже в обычном смесителе по растворной матрице при высоких показателях содержания фибры (до 4%), благодаря ее хорошей устойчивости к истиранию.

Физико-механические показатели полиэфирных волокон по различным источникам и нормативной документации приведены в сводной таблице П.1.7.

Таблица П.1.7

Физико-механические характеристики полиэтиленовых волокон

Значения прочностных характеристик полиэтиленовых волокон и нитей должны быть не менее приведенных в таблице П.1.7.

П.1.1.6 Поливинилспиртовое волокно (ПВС-волокно, «винол»)

Поливинилспиртовое волокно изготавливается из поливинилового спирта. Волокна выпускают резаными и в виде жгута, а также нити. Волокна и нити из ПВС обладают высокими износо- и атмосферостойкостью, химической стойкостью к кислотам и щелочам в умеренной концентрации. Тепло и термостойкость волокон и нитей из ПВС определяются следующими характеристиками:

• температура стеклования — 85 — 90 °C;
• температура плавления — 225 — 230 °C;
• температура разложения — 170 — 230 °C.

Волокно относится к высокомодульным волокнам, начальный модуль упругости в 2 — 5 раз выше, чем у полиамидного волокна и в 1,5 раза больше, чем у полиэфирного волокна. Обычное волокно ПВС имеет прочность при растяжении 300 — 500 МПа, высокопрочное до 1000 МПа. Из-за высокой гигроскопичности ПВС-волокон возможность использования их в качестве армирующего материала в условиях длительного воздействия влаги ограничена.

П.1.1.7 Акриловая фибра

Акриловые (полиакрилонитрильные) синтетические волокна, получаемые из растворов полиакрилонитрила или его производных. Наиболее известные торговые названия: нитрон, акрил, панакрил, акрилан, дралон. Данное волокно применяют в текстильбетонах с прочностью волокна от 200 до 350 МПа. В качестве альтернативы асбестовому волокну были разработаны специальные виды акрилового волокна прочностью до 1000 МПа. Полиакрилонитрильное волокно является исходным материалом для изготовления углеволокна (см. п. П.1.1.8).

Физико-механические показатели акриловых волокон и нитей по различным источникам и нормативной документации приведены в сводных таблицах П.1.8 и П.1.9.

Таблица П.1.8

Физико-механические характеристики акриловых нитей по данным ISO/TC 38/SC

Значения прочностных характеристик акриловых (полиакрилонитрильных) нитей и волокон должны быть не менее приведенных в таблицах П.1.8 и П.1.9, а также в соответствующих Технических Условиях.

Таблица П.1.9

Физико-механические характеристики акриловых волокон

Тип волокна

Индекс по ISO

Фибра на основе УВ повышает морозостойкость бетона и на 90% снижает его усадку.

Рекомендуемая средняя длина волокна для использования в ячеистобетонной смеси — 12 мм. Волокна выпускают с длиной резки 3, 6, 12, 18, 24 мм и линейной плотностью 0,17; 0,33; 0,56; 0,68; 0,77 текс.

Основными отечественными производителями углеродных волокон на основе ПАН-волокна, вискозного волокна, пеков являются:

• ООО «ВППК» — Волжская Производственно-Промышленная Компания;
• РУП «Светлогорское ПО „Химволокно“;»
• ООО «Аргон»;
• ООО «Завод углеродных и композиционных материалов»;
• ООО «Лирсот»;
• ЗАО «ХК „Композит“, управляющая организация ЗАО „Препрег-СКМ“.»

Физико-механические показатели углеродного волокна по различным источникам и нормативной документации приведены в сводной таблице П.1.10.

Таблица П.1.10

Физико-механические характеристики углеродных волокон

Значения прочностных характеристик углеродных волокон должны быть не менее приведенных в таблице П.1.10, а также в соответствующих Технических Условиях.

П.1.1.9 Стеклопластиковая фибра [4], получаемая методом пултрузии — протяжки стеклянных нитей через фильеру, нагретую до определенной температуры, при которой осуществляется полимеризация матрицы. Форма фибры — прямая нерегулярная. Длина фибры составляет 40 мм, диаметр до 1,0 мм, модуль упругости — порядка 25 — 50 ГПа, плотность — 1500 — 1600 кг/м3. Фибра должна соответствовать требованиям европейских стандартов EN 14889-2:2006 и EN 14845-1.

П.1.2 Стеклянная фибра (стекловолокно) — волокно или комплексная нить, формуемая из стекла — неорганического аморфного материала, полученного переохлаждением расплава на основе кремнезема (SiO2).

Дисперсная арматура из стекла, в отличие от синтетической фибры, не обладает гибкостью, может разрушать межпоровые перегородки, взаимодействует со щелочами цемента и не сохраняет размеры и форму после затвердевания смеси.

Прочность стекловолокон на растяжение находится в пределах 1050 — 3850 МПа, а модуль деформации выше, чем у цементного камня. Температурный коэффициент линейного расширения стекловолокна близок к такому коэффициенту цементного камня.

Стеклянные волокна должны отвечать требованиям ГОСТ 8325-93 (ИСО 3598-86), ГОСТ 17139 и указанных ниже Технических Условий.

Для армирования ячеистого бетона на портландцементе и его разновидностях могут использоваться волокна из щелочестойкого стекла марки СЦ-6 в виде отрезков комплексных нитей рассыпающегося ровинга по ТУ 21-38-233-92 «Ровинг рассыпающийся из цементостойкого стекловолокна. Технические условия» и ТУ 21-38-257-90 «Ровинг рассыпающийся РЦР из цементостойкого стекловолокна марки СЦ-6-У. Технические условия». При этом принимается фибра в виде отрезков стекловолокна длиной от 10 мм до 60 мм, изготавливаемая путем рубки:

• ровинга из щелочестойкого (цементостойкого) стекловолокна, выпускаемого по ТУ 21-38-233-92, а также щелочестойкого стекловолокна (Alkali Resistant — AR-Glass) из стекла с высоким содержанием циркония под торговыми марками CEM-FIL (Великобритания) и NEG (Япония) [1];
• ровинга из алюмоборосиликатного (нещелочестойкого) стекловолокна по ГОСТ 17139.

Физико-химические свойства стекла для производства щелочестойкого стекловолокна (AR-Glass) по данным [4] приведены в таблице П.1.11а.

Таблица П.1.11а

Физико-механические свойства стекла с содержанием циркония 16,7% и 20% для производства щелочестойкого стекловолокна (AR-Glass)

Известно, что стеклянные волокна (в частности, диаметром 10 мкм и прочностью 1,8 ... 2,5·103 МПа) можно успешно применять для армирования гипсового камня, среда которого является для них инертной. В соответствии с этим, фибра из нещелочестойкого (алюмоборосиликатного) стекловолокна может использоваться в случаях армирования ячеистого бетона на основе портландцемента с добавкой гипса на ограниченный срок службы при соответствующем обосновании.

К мероприятиям, предохраняющих разрушение стеклянных волокон в бетоне от коррозии, можно отнести использование в бетоне глиноземистого цемента, добавки гипса или микрокремнезема в бетон, связывающие щелочи.

Однако при длительном нахождении во влажной среде алюмоборосиликатное (нещелочестойкое) стекловолокно корродирует и в глиноземистом цементе. Поэтому целесообразным может быть использование добавки доменного шлака и золы. Как показывает зарубежный опыт, коррозионное действие щелочной среды композиций с добавкой доменного шлака и зол, в которых преобладают соединения Al2O3 и SiO2, на стекловолокно меньше, чем в традиционных композициях, в которых преобладают кальциевые соединения.

Одним из путей устранения указанных недостатков является применение волокон из щелочестойкого стекла с большим содержанием циркония, как, например, отечественное цирконийсодержащее щелочестойкое стекловолокно марок Щ-15-ЖТ, СЦ-6 (по указанному выше ТУ 21-38-233-92) и др.

При экспериментальном и экономическом обосновании и согласовании с НИИЖБ возможно применение фибр из стеклянного волокна со специальными защитными покрытиями.

В Приложении 2 приведены результаты испытаний стекловолокна различных марок в агрессивных средах, проведенных в НИИЖБ [1].

Длина фибры принимается в зависимости от вида технологического оборудования по приготовлению и укладке стеклофибробетонной смеси и может отличаться от указанной по ТУ 21-38-257-90 величины и иметь длину 20 ... 40 мм. В отечественной практике для армирования бетона используется выпускаемое НПО «Стекло» указанное выше щелочестойкое стекловолокно марки СЦ-6, которое изготовляется в виде непрерывных волокон диаметром 10 — 15 мкм. Данные волокна в количестве 100 — 40 шт. склеиваются полимером в комплексные нити, которые собираются в жгуты-ровинги, состоящие из 14 и более нитей. Ровинг поставляется на бобине (весом 10 кг), который рубится специальными пистолетами-наполнителями или другим оборудованием на отрезки длиной 20 — 40 мм. В процессе рубки и перемешивания с бетоном ровинг распадается на отрезки отдельных волокон.

Известно, что дисперсная арматура из стекла, в отличие от синтетической фибры, не обладает гибкостью и в некоторых случаях разрушает межпоровые перегородки, не сохраняет размеры и форму после затвердевания смеси [16]. Тем не менее, имеются примеры успешного применения стеклянной фибры в ячеистом бетоне. В частности, для упрочнения ячеистой смеси на микроуровне применялась фибра в виде щелочестойкого стеклянного волокна диаметром 15 — 35 мкм и длиной 12 — 15 мм с прочностью на разрыв до 3800 МПа. В отличие от полипропиленового волокна (по прототипу), стеклянные волокна отличаются пониженной растяжимостью и лучшей адгезией к цементному камню, что приводило к значительному росту прочностных характеристик при сжатии и растяжении.

Щелочестойкое стекловолокно в виде отрезков длиной 2 — 3 см использовалось в качестве дисперсно-армирующего материала как в газобетоне, так и в пенобетоне (Патент Российской Федерации RU2123484).

Щелочестойкое стекловолокно длиной 15 и 30 мм применимо в жаростойком пенобетоне.

Оптимальную длину стеклянного волокна в ячеистофибробетонных изделиях можно рекомендовать в диапазоне 15 — 40 мм. Имеются соответствующие этому экспериментальные данные, полученные при испытании газобетона плотностью D600 — D700 с фиброармированием стекловолокном в количестве 5% от массы сырьевых компонентов.

В Германии имеется опыт изготовления стеклофибробетонных изделий с применением стекловолокна длиной 6 — 24 мм и диаметром 14 — 20 мкм при содержании волокна 2% по массе.

Известны случаи применения стекловолокна длиной 6 — 50 мм и диаметром 9 — 20 мкм при рациональном его содержании в стеклофибробетоне в пределах 1,2 — 5%.

Рекомендуется также применять микроармирующее волокно в виде стекловаты, которую можно вводить в состав сырьевой ячеистобетонной смеси. В частности, для дисперсного армирования жаростойкого фибропенобетона для условий эксплуатации при температуре до 1150 °C рекомендуется использовать муллитокремнеземистую вату по ТУ 9300-002-00126238-99 с содержанием Al2O3 — 55%, производства ООО «Станкопромышленная компания» (г. Челябинск), предназначенную для теплоизоляции и изготовления теплоизоляционных изделий.

Добавку стекловаты можно применять при фиброармировании цементной матрицы безавтоклавного газошлакозолосиликата в целях увеличения его прочности на растяжение.

В соответствии с [12] для стеклофибробетонных изделий применялась фибра из минеральной ваты местных заводов в Волгоградской области, по своему химическому составу близкой к бесщелочному стеклу с модулем кислотности Мк ~ 2,7 ~> 1,4; силикатным модулем SiO2/Al2O3 ~ 4,25 > 3 со следующими характеристиками: диаметр 10 — 15 мкм, длину 0,5 — 12 мм, прочность при разрыве 400 — 800 МПа, модуль упругости Eф = 80 — 210 ГПа, сцепление с бетоном 1,6 — 2,3 МПа. Оптимальное количество вводимых в бетон минеральных волокон принималось 10% от массы цемента. При бульшем содержании волокон смесь теряла подвижность и требовалось введение пластификаторов или дополнительного количества воды, что, в свою очередь приводило к снижению прочности бетона.

При использовании фиброармирования волокнами минеральной ваты (l = 10 ... 15 мм, d = 0,5 ... 12 мкм) при проценте армирования \mu = 10\% от массы цемента трещиностойкость изгибаемых элементов повышается на 27 ... 30%.

Физико-механические показатели стеклянных волокон и нитей по различным источникам и нормативной документации приведены в сводных таблицах П.1.11а, П.1.11б и П.1.12.

Таблица П.1.11б

Физико-механические характеристики стеклянных волокон

Таблица П.1.12

Физико-механические характеристики стеклянных нитей

Значения прочностных характеристик стеклянных волокон и нитей должны быть не менее приведенных в таблицах П.1.11а, П.1.11б и П.1.12, а также в соответствующих ГОСТ и Технических Условиях.

П.1.3 Минеральная фибра (базальтовая, асбестовая, хризотил-асбестовая)

Минеральные волокна получают из расплавов шлаков и горных пород или непосредственно при механической обработке минералов (асбест). Данные химического анализа используемых минеральных волокон для применения их в качестве армирующего компонента ячеистобетонной смеси, свидетельствуют о том, что в их составе находится минимальное количество ионов щелочных металлов — калия и натрия. Наличие этих ионов определяет щелочестойкость материала и склонность к выщелачиванию, так как они способны замещаться ионами Ca2+, находясь в среде насыщенной кальциевой составляющей — твердеющего портландцемента.

Использование минерального волокна рекомендуется для пенобетонов малых плотностей. Диаметр единичного волокна может быть от 20 до 400 мкм, длина — от 6 до 24 мм.

Базальтовое волокно

Одним из эффективных разновидностей минеральных волокон для дисперсного армирования бетонов является базальтовое волокно, по химической стойкости в бетоне уступающее только дорогостоящему стекловолокну на основе циркониевого стекла.

Базальтовая фибра — это натуральное волокно, полученное из природного минерала. Базальтовое волокно химически инертно и обладает хорошей адгезией к бетону, не вступает в реакцию с солями и щелочами.

Базальтовое волокно — светло-коричневого цвета, блестящее, толщиной 23 мкм. Результаты исследований, проведенных в НИИЖБ [1], свидетельствуют, что после пребывания в щелочной среде (NaOH) (0,5 Н) волокно претерпевает незначительные изменения с изменением цвета (матовое), без изменения толщины волокон. Потеря массы составляет 3,2%. После пребывания в кислотной среде (H2SO4) (0,5 Н) волокна претерпевают значительное изменение с раздроблением и превращением в порошок. Потеря массы составляет 25%.

Исследования армирования цементного камня незащищенными стеклянными, кварцевыми, циркониевыми и базальтовыми волокнами показали, что наибольшей устойчивостью в щелочной среде цемента обладают циркониевые и базальтовые волокна.

В соответствии с результатами других исследований, проведенных в НИИЖБе [6], базальтовое волокно, находящееся в цементно-песчаной матрице, не изменяется и не влияет на снижение прочности базальтофибробетона. Выполненный в работе [6] рентгеноспектральный анализ и электронноскопическое исследование базальтофибробетона после температурно-влажностной обработки и выдержки в среде 1 н NaCl при различных температурах выявили наличие продуктов новообразований на поверхности базальтовых волокнах в результате их взаимодействия с цементно-песчаной матрицей. В поверхностном слое базальтового волокна были выявлены качественные и количественные изменения состава волокна, в отличие от его массива, где изменений состава не обнаружено. Было установлено, что в результате протекающих физико-химических процессов изменяется состав и структура поверхностного слоя волокна, а образующиеся низкоосновные гидросиликаты кальция создают на поверхности плотный слой новообразований. В то же время, автором работы было доказано положительное влияние модификатора МБ 10-01 на состояние поверхностного слоя базальтового волокна — использование данного модификатора снижает количество дефектов на его поверхности после перемешивания.

Базальтовое волокно имеет прочность в пределах 1600 — 3600 МПа. В связи с более высокой термической стойкостью, чем у стекловолокна, армирование бетона базальтовым волокном может быть более эффективным в жаростойких и огнеупорных бетонных конструкциях.

В г. Судогда (Владимирская область) освоен массовый выпуск ровинга из базальтового волокна диаметром 13 — 17 мкм и длиной 6 — 12 мм.

Минеральные волокна получают из расплавов шлаков и горных пород или непосредственно при механической обработке минералов (асбест).

Базальтовое волокно химически инертно и обладает хорошей адгезией к бетону, не вступает в реакцию с солями и щелочами.

Наиболее распространены два типа материала: микрофибра базальтовая модифицированная (МБМ) и рубленое волокно.

МБМ получается путем пропитки измельченной минеральной ваты, производимой из расплава базальтовых пород. МБМ термоустойчива вплоть до 300 °C. Рекомендуемое содержание — 1,5 — 20% от массы цемента.

Базальтовое рубленое волокно (чопсы) производится методом рубки базальтового ровинга на волокна заданной длины.

Базальтовая фибра выпускается по ТУ 5952-036-05328981 (производитель — ОАО 47 «Ивотстекло»).

Базальтовое грубое волокно марки БГВ-150, ранее изготавливаемое по Техническим Условиям (Украина), имело следующие характеристики:

• диаметр волокна 80 ... 150 мкм при среднем значении 115 +/- 35 мкм;
• длина волокна 75 +/- 25 мм;
• прочность на разрыв 200 МПа.

Оптимальный расход базальтового волокна длиной 6 мм составляет 0,5 — 1,0 кг на 1 м3.

Для ячеистого бетона теплоизоляционного назначения (по результатам исследований в Томском политехническом университете [14], [11]) может быть использовано базальтовое тонкое волокно (БТВ) диаметром 10 — 80 мкм и супертонкое волокно (БСТВ) диаметром 0,5 — 2,5 мкм и длиной 3 — 5 мм. Эти волокна равномерно распределяются по всему объему газобетонной смеси и заметно стабилизируют процесс ее поризации.

Сырьем для производства базальтового волокна на Томском заводе минераловатных изделий ООО «Томскизоляция» является диабаз Барзасского месторождения Кемеровской области.

В качестве армирующего материала (по данным исследований в Беличском научно-производственном объединении «Теплозвукоизоляция» Минэнерго СССР [13]) применялось рубленое базальтовое волокно диаметром 16 мкм, длиной 10 — 12 мм, полученное из базальта Берестовецкого месторождения (Ровенская обл.). Такие волокна имели прочность на растяжение до 2000 МПа и превосходили по модулю упругости стеклянные волокна алюмоборосиликатного состава в 1,5 раза.

Оптимальное количество базальтовых волокон может составлять 5% от массы вяжущего, при котором образцы имеют наибольшую прочность. Меньшая прочность образцов, содержащих 7 и 10% волокон, обусловлена необходимостью увеличения водотвердого отношения при формовании, так как повышение армирующих волокон сопровождается увеличением водопотребности цементного теста.

Диапазон значений диаметра базальтовых волокон, при котором увеличивается трещиностойкость изгибаемых элементах (на 27 ... 30%), может составлять 12 ... 20 мкм.

При изготовлении ячеистобетонной смеси может быть использован смеситель принудительного действия, при этом микрофибра базальтовая модифицированная (МБМ) добавляется в сухую смесь непосредственно перед добавлением жидких компонентов. Время перемешивания — не менее 10 мин. Рубленое волокно также сначала смешивается с сухими компонентами, а затем добавляется вода в количестве, необходимом для получения теста нормальной густоты.

Физико-механические показатели базальтовых волокон по различным источникам и нормативной документации приведены в сводной таблице П.1.13.

Значения прочностных характеристик базальтовых волокон должны быть не менее приведенных в таблице П.1.13, а также в соответствующих Технических Условиях.

Таблица П.1.13

Физико-механические характеристики базальтовых волокон

Асбестовое волокно

В качестве армирующей добавки в пенобетонах неавтоклавного твердения рекомендуется при соответствующем научно-техническом обосновании использовать хризотиловое (хризотил-асбест) волокно. Эти волокна отличаются малой длиной и трудностью распушки. Хризотиловое волокно играет активную роль в процессе гидратации цемента, что улучшает физико-механические характеристики цементного камня. Перед добавлением в ячеистобетонную смесь хризотил-асбест нужно распушить для равномерного распределения в объеме.

При этом, следует иметь в виду, что отсутствие решения проблемы закрытия секущихся концов волокон асбеста затрудняет более широкое применение асбестовых волокон в армировании ячеистого бетона [29].

Асбест, хризотил-асбест — группа тонковолокнистых минералов из класса силикатов.

Асбестовые волокна обладают рядом ценных свойств: высокой прочностью и огнестойкостью, стойкостью к агрессивным воздействиям щелочей, долговечностью.

Хризотиловое волокно характеризуется высоким сцеплением с цементным камнем.

Согласно п. 2.6 СН 277-80 в качестве волокнистой добавки следует применять асбест 5-го и 6-го сортов, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 12871-2013 «Асбест хризотиловый. Хризотил».

Хризотил 0, 1-й и 2-й групп по средней длине, массовой доле волокна длиной менее 5 мм и менее 0,5 мм должен соответствовать требованиям ГОСТ 12871-2013.

Хризотил-асбест марок (по фракционному составу) А-6-50, А-5-70 и А-6К-30 по ГОСТ 12871-2013 «Асбест хризотиловый. Хризотил» производится «ОАО НИИпроектасбест» (г. Асбест).

Дисперсное армирование теплоизоляционного ячеистого бетона плотностью 150 — 200 кг/м3 (по данным исследований ГП «Института НИИСМ» и ОАО «Сморгоньсиликатобетон» [30]) можно осуществлять с использованием сухих отходов асбестоцементного производства. Введение до 12 — 30% асбестоцементных отходов в состав известково-песчаного вяжущего позволяет повысить прочность ячеистого бетона при изгибе в 1,8 — 2,2 раза. Однако из-за непостоянного состава данных отходов использовать их в производственном процессе сложно, а применение волокнистого асбеста в настоящее время ограничено. По этой причине в качестве армирующего компонента был использован волластонит марки Casiflux F75 насыпной плотностью — 450 кг/м3. Количество добавки волластонита — 2 - 3% от массы сухих компонентов. Химический состав волластонита: CaO — 44,5%, SiO2 — 53%, Fe2O3 — 0,16%, Al2O3 — 0,8%, MgO — 0,6%.

Для волластонита характерна игольчатая структура кристаллов с отношением длины волокна к его диаметру (L/d) от 3:1 до 20:1.

Волластонит Чейского месторождения (Алтайский край, рудник «Веселый») [3] насыпной плотностью 950 кг/м3 и длиной волокон от 1 до 4 мм можно рекомендовать при изготовлении изделий теплоизоляционного назначения. При этом общее количество волокон продолговатой игольчатой формы с указанной выше длиной в общей массе измельченного волластонита должно быть не менее 80%. Добавка измельченного волластонита в ячеистобетонную смесь может вводиться в количестве 6 и 12% от массы цемента.

Добавку волластонита рекомендуется подавать в смеситель сразу после цемента. Рекомендуется применять бетоносмеситель принудительного действия лоткового типа с горизонтальным валом.

В качестве фибрового армирования конструкционно-теплоизоляционного ячеистого бетона могут применяться также распущенные отходы отработанных штучных термоизоляционных материалов (Патент РФ № 2082698) типа известково-кремнеземистых изделий, содержащих минеральные волокна взамен микронаполнителя и молотого песка, введение которых в состав ячеистобетонной смеси может увеличивать трещиностойкость на 27 ... 30%. Сырьевая смесь согласно (Патент РФ № 2082698) состоит из следующего соотношения компонентов по массе: портландцемент — 60%; молотая негашеная известь — 34%; алюминиевая пудра — 0,1 — 0,3%; распушенные отходы термоизоляционных материалов — 34,9 — 59,7%.

В настоящее время применение асбеста сдерживается жесткими требованиями к санитарно-гигиеническим условиям производства.

Физико-механические показатели асбестовых волокон по различным источникам и нормативной документации приведены в сводной таблице П.1.14.

Таблица П.1.14

Физико-механические характеристики асбестовых волокон

Значения прочностных характеристик асбестовых волокон должны быть не менее приведенных в таблице 4.14, а также в соответствующих Технических Условиях.

П.1.4 Натуральная органическая фибра

Органическую фибру натурального происхождения получают из растительных волокон.

Химически переработанное исходное сырье имеет вид целлюлозных волокон, которые могут иметь длину 0,2 — 0,5 мм или 1,0 мм. Длина натуральных органических волокон может составлять также от 20 до 500 мм. Размеры сечений волокон могут меняться в широком диапазоне (как правило, от 0,1 до 0,8 мм) и не быть постоянными даже в пределах одного волокна.

Сизалевые волокна, полученные из восстановленного вторичного сырья природного происхождения, могут иметь длину от 0,2 до 1,0 мм.

Органические волокна резко снижают прочность при нагревании уже до 150 °C.

Органическое волокно без предварительной обработки в условиях эксплуатации может подвергаться увлажнению, поражению грибками и загниванию.

Количество низкомодульных волокон микроцеллюлозы, при котором установлено положительное влияние на физико-механические характеристики автоклавного дисперсно-армированного газобетона различной плотности, рекомендуется (по данным исследований [5]) принимать от 0,5 до 2,5% от массы вяжущего с учетом модифицирующей добавки аморфного кремнезема от 0,5 до 1,5%.

Полиэфирные, полиамидные и триацетатные волокна, обладающие максимальной прочностью сцепления с цементным камнем, не способны сохранять свои физико-механические свойства при автоклавной обработке, так как склонны к термическому распаду уже при температурах порядка 800 °C. Стекловолокно в свою очередь может выщелачиваться в высокощелочной среде кремнеземистого вяжущего на этапах формования изделий, а асбестовое волокно из-за высокой плотности агломераций не позволяет получить равномерную поровую структуру газосиликата. Поэтому для автоклавного ячеистого бетона предпочтительнее использовать волокна на основе целлюлозы.

Введение целлюлозных волокон приводит к снижению усадки в два раза. Но при этом, в отличие от полипропиленовых и акрилонитрильных волокон, целлюлозные волокна повышают водопоглощение и снижают прочность сцепления.

Важным моментом является модуль волокна — т.е. отношение его длины к диаметру. Высокомодульные волокна в скоростных смесителях, применяемых при производстве газобетонов, склонны к агломерации и неравномерному распределению по объему смеси. В связи с этим предпочтение при производстве газобетонов должно быть отдано низкомодульным волокнам — т.е. микроцеллюлозе.

В зависимости от вида исходного материала и способа изготовления фиброгазобетона в соответствии с рекомендациями [5] могут быть различные значения параметров и, как следствие, различные дозировки и способы применения целлюлозных волокон.

Для изготовления автоклавного ячеистого фиброгазобетона (по данным исследований в ГП «НИИСМИ» [8] может быть применена дисперсная арматура из продуктов растительных полимеров — волокон чистой нерастворимой целлюлозы. Данные волокна длиной 0,2 — 0,5 мм и 1,0 мм (стойкие в средах с pH от 4 до 12) получены из восстановленного вторичного сырья природного происхождения, имеют прочность на разрыв свыше 500 МПа, модуль упругости не менее 35 ГПа, теплостойкость 190 °C, щелочестойкость до pH 12. Волокна рекомендуется вводить в количестве 0,1 — 0,3%.

В процессе автоклавирования химически обработанные целлюлозные волокна не подвергаются разрушающему воздействию щелочной среды твердеющего бетона и не замедляют процесс твердения и набора прочности бетонной матрицы, так как в процессе очистки из целлюлозных волокон была удалена большая часть лигнина и гемицеллюлозы, являющихся ингибиторами твердения цемента.

Волокна целлюлозы в качестве армирующей добавки в количестве 0,5 — 1,5% могут вводиться в сухие смеси. Наиболее используемые волокна Technocel 1000 и Technocel 2500 (L = 1000, 2500 мкм; d = 25 мкм, \gamma_{o} = 1300\text{кг}/\text{м}^{3} ). По структуре волокна Technocel представляют собой трехмерный структурный каркас с крепким крестообразным соединением элементов.

В работе [23] приводятся рекомендации Сычевой А.М. (Патент РФ № 2422408, 2011 г.) о возможности введения в пенобетонную смесь в качестве дисперсной арматуры древесной фибры. Согласно [23] введение 1% древесной фибры позволяет получать фибропенобетон плотностью 600 кг/м3, прочностью при сжатии 2,4 МПа, при изгибе — 1,1 МПа. Фибропенобетон плотностью 800 кг/м3 с 10% древесной фибры характеризуется прочностью при сжатии 4,6 МПа, при изгибе — 2,1 МПа.

Волокна из хлопковых и вискозных нитей используются в зарубежном производстве текстильбетонов. В последние годы в зарубежном строительстве нашел применение текстильбетон — бетон, армированный тканями и сетками из хлопкового, вискозного и других волокон.

В США выпускается целлюлозно-полимерная фибра Buckeye Ultra Fiber 500, армирование которой при расходе 0,9 кг на 1 м2 бетона на 80% предотвращает образование трещин и повышает другие физико-технические свойства бетона.

Физико-механические показатели целлюлозных волокон и нитей по различным источникам и нормативной документации приведены в сводных таблицах П.1.15 и П.1.16.

Таблица П.1.15

Физико-механические характеристики натуральных, органических волокон

Таблица П.1.16

Физико-механические характеристики натуральных, органических нитей

Значения прочностных характеристик натуральных волокон и нитей должны быть не менее приведенных в таблицах П.1.15 и П.1.16, а также в соответствующих Технических Условиях.

Приложение 2 (справочное)

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ СТЕКЛОВОЛОКНА (по данным [1])

Алюмоборосиликатное (нещелочестойкого) волокно марки РБТ 13-1680 (замасливатель — парафиновый) белого цвета, блестящее, толщиной 15 — 23 мкм. После пребывания в дистиллированной воде происходит утолщение некоторых волокон до 30 мкм. После пребывания в щелочной среде (NaOH) (0,5 Н) на отдельных волокнах появляются трещины, потеря массы составляет — 5%, толщина волокон доходит до 30 мкм. После пребывания в кислотной среде (H2SO4) (0,5 Н) происходит разрушение волокон, потеря массы составляет — 25%.

Щелочестойкое волокно марки Щ15-ЖТ грязно-белого цвета, толщиной 15 — 22 мкм. После пребывания в щелочной среде (NaOH) волокно подвергается значительному разрушению и распадается на мелкие частицы. Потеря массы составляет 2,1%. После пребывания в кислотной среде (H2SO4) (0,5 Н) волокно также подвергается разрушению. Потеря массы — 1,9%.

Высокомодульное волокно марки РВМДН-13-1200 с замасливателем 76 — блестящее, толщиной 15 — 23 мкм. После пребывания в щелочной среде (NaOH) увеличивается хрупкость волокон, в результате чего они дробятся и появляются трещины. Толщина некоторых волокон становится 8 мкм. Потеря массы — 4,2%. После пребывания в кислотной среде (H2SO4) волокна не претерпевают видимых изменений без трещин. Потеря массы — 2,6%.

Высокомодульное волокно марки ВМД-16-100 — в пучке, белого цвета, блестящее, толщиной 100 мкм, имеет повышенную хрупкость, раздроблено на мелкие осколки. После пребывания в щелочной среде (NaOH) волокно меняется только внешне с помутнением отдельных волокон, без трещин. Потеря массы 3,3%. После пребывания в кислотной среде (H2SO4) трещин не образуется, толщина волокон сохраняется. Потеря массы — 1,5%.

Высокомодульное волокно марки ВМП-13-700 — белого цвета, блестящее, толщиной 23 мкм. После пребывания в щелочной среде (NaOH) в волокнах появляются трещины, а в растворе — хлопья. Толщина волокон сохраняется. Потеря массы — 3,1%. После пребывания в кислотной среде (H2SO4) трещин не образуется, толщина волокон сохраняется. Потеря массы — 1,4%.

Приложение 3 (справочное)

ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЕЙ

П.3.1 Белковые пенообразователи

Белковые пенообразователи предназначены для производства пенобетона классическим методом, а также методом сухой минерализации. То есть, для работы с этими пенообразователями в наличии должен быть пеногенератор либо миксер.

Пенобетон, изготовленный на белковых пенообразователях всегда будет на 10 — 20% прочнее, нежели пенобетон, сделанный на синтетической пене. Это обусловлено наличием белка, который сам по себе является вяжущим.

Традиционные пенообразователи

В качестве традиционных пенообразователей, приготавливаемых непосредственно в производственных условиях, по данным «Рекомендаций по изготовлению и применению изделий из неавтоклавного ячеистого бетона» (НИИЖБ Госстроя СССР, М., 1986) применяются: смолосапониновый, ПО-6 (гидроизолированная кровь ГК), клееканифольный. Основой пенообразователей (порообразователей) являются:

костный клей — по ГОСТ 2067;

мездровый клей — по ГОСТ 3252;

сосновый канифоль — по ГОСТ 19113;

едкий технический натр — по ГОСТ 2263.

Соотношения между компонентами традиционных пенообразователей должны быть следующие:

смолосапониновый:

• мыльный корень — 1 мас. ч.;
• вода — 10 мас. ч.;
• ПО-6: боенская кровь — 1 мас. ч.;
• едкий натр по ГОСТ 2263 - 0,02 мас. ч.;
• хлористый аммоний по ГОСТ 3773 - 1,35 мас. ч. от массы едкого натра; сернокислое железо (15%-ный раствор) по ГОСТ 4146 — 0,3 мас. ч.;

клееканифольный:

• канифоль сосновая по ГОСТ 19113 — 1 мас. ч.;
• едкий натр (16%-ный раствор) по ГОСТ 2263 - 1 мас. ч.;
• клей мездровый по ГОСТ 3252 (или костный по ГОСТ 2067 — 1,45 мас. ч.);
• вода — 10 мас. ч.

Для приготовления смолосапонинового пенообразователя применяют мыльный корень и воду.

Операции приготовления:

а) размельчение мыльного корня;

мыльный корень лучше всего размельчать в дробилках или мельницах. После дробления корень просеивают через сито с отверстиями 1 — 2 мм. Остаток на сите подвергают вторичному помолу;

б) замачивание мыльного корня в воде;

для извлечения из мыльного корня пенообразующих веществ его помещают в металлический бак, заливают водой в соотношении 1:10 (по массе) и оставляют на 48 ч. Полученную жидкость (водный раствор сапонина) выливают, а мыльный корень используют для следующих операций;

в) кипячение мыльного корня при температуре 100 °C;

вымоченный мыльный корень в том же баке вновь заливают водой до прежнего уровня, и смесь кипятят до получения жидкости плотностью не менее 1,01 г/см3. В процессе кипячения по мере испарения воды в бак доливают воду, чтобы уровень ее был постоянным. Эту жидкость (водный раствор смоляного экстракта) выливают во второй бак, а проэкстрагированный мыльный корень выбрасывают;

г) замачивание мыльного корня в смоляном экстракте;

во второй бак с водным раствором смоляного экстракта закладывают новую порцию молотого мыльного корня. Соотношение мыльного корня и смоляного экстракта должно быть 1:10 (по массе). Вымачивание новой порции мыльного корня продолжается до получения жидкости с плотностью не менее 1,02 г/см3. Полученный смолосапониновый пенообразователь сливают в третий бак для хранения готового пенообразователя, а вымоченный мыльный корень перекладывают в первый бак, и процесс повторяют.

Для приготовления пенообразователя ПО-6 (гидролизованная кровь ГК) применяют техническую боенскую кровь, едкий натр, сернокислое железо, хлористый аммоний и воду.

Техническая боенская кровь должна быть свежей, не свернувшейся.

Приготовление пенообразователя ГК состоит из:

а) получения 20%-ного раствора едкого натра;

для получения 20%-ного водного раствора едкий натр растворяют в воде при температуре 20 °C до получения раствора с плотностью 1,23 г/см3;

б) гидролиза технической боенской крови;

для гидролиза боенской крови добавляют к ней 20%-ный водный раствор едкого натра.

Количество добавляемого едкого натра должно составлять 2% от массы, взятой для гидролиза крови в расчете на сухой едкий натр;

в) нейтрализации раствора гидролизованной крови;

нейтрализацию гидролизованной крови производят хлористым аммонием, причем расход хлористого аммония составляет 1,35 кг на 1 кг сухого едкого натра, израсходованного для гидролиза технической боенской крови.

В случае отсутствия хлористого аммония, нейтрализацию можно производить 5%-ным раствором соляной или серной кислоты.

Нейтрализацию производят небольшими порциями при постоянном перемешивании.

На 1 кг сухого едкого натра требуется 20 кг 5%-ного раствора соляной кислоты или 10 кг 5%-ного раствора серной кислоты.

После нейтрализации гидролизованной крови раствор охлаждается до комнатной температуры;

г) приготовления 15%-ного раствора сернокислого железа (железный купорос);

для приготовления 15%-ного раствора сернокислое железо берут из расчета 176 г на 1 л кипяченой воды с температурой 40 — 50 °C. Раствор сернокислого железа можно заменить 15%-ным раствором медного купороса;

д) смешивания гидролизованной крови с сернокислым железом;

для получения готового пенообразователя смешивают остывшую гидролизованную кровь с 15%-ным раствором сернокислого железа в соотношении 1:0,3 (по объему).

Процесс смешивания рекомендуется производить в барабане пенобетономешалки при получении ячеистобетонной смеси.

Для приготовления клееканифольного пенообразователя применяют клей, канифоль, едкий натр и воду. Вначале готовятся клеевой раствор и отдельно канифольное мыло.

Затем полученный клеевой раствор смешивают с канифольным мылом.

Для приготовления клеевого раствора клей разбивают на куски размером 2 — 3 см, укладывают в железный бак и заливают водой, температура которой должна быть 15 — 20 °C, в пропорции 1:2 — 1 (по массе).

Клей замачивают в воде в течение 24 ч.

Клеевой раствор приготовляют в сосудах, обогреваемых горячей водой или паром, при температуре 40 — 50 °C в течение 1,5 — 2 ч до полного растворения клея.

Приготовление канифольного мыла осуществляется в два этапа. В 1 л воды растворяют при кипячении 166 г едкого натра (плотность получаемого раствора должна быть равной 1,16 г/см3). Канифоль, раздробленную на мелкие куски и просеянную через сито с отверстиями 5 мм, постепенно добавляют, при непрерывном перемешивании, в кипящий раствор едкого натра.

Соотношение канифоли и раствора натра берут в пропорции 3:1, причем канифоль принимают по массе (в кг), а раствор едкого натра — по объему (в л).

Кипячение раствора едкого натра с канифолью продолжают 1,5 — 2 ч до полного растворения канифоли, характеризуемого однородным цветом массы и отсутствием комков и крупинок. Испарившееся при кипячении количество воды восполняют горячей водой (t° = 70 °C). В результате получают канифольное мыло.

Смешивание клеевого раствора и канифольного мыла в пропорции 3:0,7 (по массе) проводят при температуре клея 30 °C и канифольного мыла 60 °C. Клеевой раствор небольшими порциями вливают в канифольное мыло при тщательном перемешивании. Полученная смесь называется клееканифольным пенообразователем. Клееканифольный пенообразователь хранят в плотно закрытых деревянных бочках, стеклянных или глиняных сосудах в прохладном месте при положительной температуре. Срок хранения клееканифольного пенообразователя в холодное время года не более 20 сут, в жаркое время — не более 10 сут.

Клееканифольный пенообразователь перед употреблением разбавляют горячей водой (t° = 50 °C) в пропорции 1:5 (по объему). В таком виде он носит название «рабочего состава».

Белковые пенообразователи, используемые в настоящее время

а) Пенообразователь на основе БМК (белково-мыловый концентрат). Пенообразователи на основе БМК могут использоваться для производства любых марок пенобетона — от D300 до D1200. Пена, полученная на пенообразователе БМК в зависимости от назначения может иметь плотность от 80 до 300 г/л.

б) Кератиновый пенообразователь отечественного производства. Плотность пеноконцентрата составляет 1,012 — 1,015 г/см3. Кратность пены из кератинового пенообразователя находится в пределах 11 — 13 в зависимости от концентрации водного раствора пенообразователя. Процесс синерезиса (50-процентное истечение жидкости из выгнанной пены) находится в пределах 160 — 210 мин.

Поверхностное натяжение пены уменьшается с повышением концентрации кератинового пенообразователя. После концентрации, равной 3%, происходит стабилизация величины поверхностного натяжения. Концентрация раствора кератинового пенообразователя при прочности пенобетона 60,4 — 62,8 МПа составляет 0,4% и 0,5% от массы цемента.

в) Протеиновый пеноконцентрат «Эталон», изготовленный по ТУ 2483-003-13420175-2015, предназначен для изготовления технической пены, используемой при производстве пенобетона различных марок в диапазоне 100 — 1800 кг/м3.

Физико-химические свойства:

• плотность при 20 °C составляет 1120 кг/м3;
• водородный показатель pH = 6,5 — 8,0;
• температура застывания — минус 25 °C. После размораживания свойства пенообразователя не меняются;
• стойкость пены в цементном растворе не менее 98%;
• выход пены — 830 л/кг.

Концентрация рабочего раствора: 1,5 — 2,5%, т.е. 1 кг пенообразователя разводится водой в соотношении 1:60, 1:50, 1:40 соответственно. Расход на 1 м3 пенобетона D600 — 0,6 — 0,85 кг.

г) Протеиновый (из гидролизованного протеина) пенообразователь «Laston» производства итальянской фирмы Laston SPA (поставщик: ООО «Строй-Бетон»).

Производится из натурального белкового сырья с добавкой антибактериальных инсектофунгицидов, которые препятствуют биодеградации и старению бетона. В состав пенообразователя входят небольшие количества изобутанола, хлорида кальция и инертного минерального наполнителя. Замерзает пенообразователь при -15 °C. Пена гидролизованного белка содержит большую массу цементно-песчаного теста, поры при этом получаются закрытыми. Воздушные пузырьки диаметром 0,2 — 0,6 мм создают равномерную пористую структуру бетона. Жесткость воды следует понижать для лучшего пенообразования.

Технические характеристики:

• вид — темно-коричневая жидкость;
• активное вещество — протеингидролизат;
• плотность при 20 °C — 1,12 г/см3;
• кратность — 24;
• температура применения — до -15 °C;
• плотность пены — 70 — 120 г/л;
• концентрация рабочего раствора — 6%.

Пеноконцентрат «Laston» применяется в технологии неавтоклавного фибропенобетона в количестве от 2%. Снижает усадочные деформации.

д) Пенообразователь «GreenFroth» (Италия, поставщик: ООО «Строй-Бетон»). Концентрация рабочего раствора — 5%. Плотность пены — 80 г/л.

Усадочные деформации пенобетона на основе пенообразователя GreenFroth составляют 2,3 мм/м.

е) Пенообразователь Reniment SB31L (Audax-Keck GmbH, Германия). Применяется в технологии неавтоклавного фибропенобетона при концентрации 4% при введении фибры непосредственно в воду затворения. Дополнительно снижает усадочные деформации.

Технические характеристики:

• вид — темно-коричневая жидкость;
• активное вещество — протеингидролизат;
• плотность при 20 °C — 1,12 г/см3;
• кратность — 24;
• температура применения — до -15 °C;
• плотность пены составляет 75 г/л.

В таблице П.3.1 приведены составы пенобетонов по данным [23], приготовленных на основе указанных выше пенообразователей.

Таблица П.3.1

Сырьевые составы и результаты испытаний образцов пенобетона, приготовленного на основе пенообразователей «Laston», «GreenFroth», Reniment SB31L по данным [23]

Примечания:

1. МП-1 — минеральный порошок (неактивированный), производитель ОАО «Новоизборский комбинат нерудных материалов». Производится в соответствии с требованиями ГОСТ Р 52129.

2. Усадочные деформации пенобетона на основе пенообразователей Laston и Reniment SB31L меньше соответствующих значений для пенобетона, приготовленного на основе GreenFroth и ПБ-Формула 2012 (см. ниже) и не превышают 2 мм/м.

ж) Белково-синтетический пенообразователь «Record», предназначен для приготовления пены воздушными пеногенераторами в производстве пенобетона раздельным методом и методом сухой минерализации.

Технические характеристики:

• внешний вид — вязкая жидкость коричневого цвета;
• плотность при 20 °C — не менее 1,04 кг/м3;
• водородный показатель (pH) 2,5% рабочего раствора — не более 8;
• плотность генерируемой пены — от 0,07 кг/л.

з) Протеиновые пенообразователи Foamin C, FOAM X (Италия), представляющие собой пеноконцентраты на базе белка, предназначенные для производства фибропенобетонов всех плотностей на установках с пеногенераторами и позволяющие изготавливать фибропенобетоны сверхнизкой плотности D100 и ниже. Особенностями пены являются: высокая кратность и стабильность, отсутствие осадка.

Дополнительно снижают усадочные деформации. Пенообразователь FOAM X поставляется в комплекте с полипропиленовой фиброй и пластифицирующей добавкой ЭСТ.

и) Протеиновые пенообразователи немецких фирм «Неопор-систем» и «ЭДАМА» отличаются высокой стабильностью и дисперсностью пены, выгнанной через пеногенератор.

к) Белковый пенообразователь на основе послеспиртовой барды, выпускаемой в виде жидкой барды (ПСБ) по ТУ — 9296-249-00008064-98 и сухой барды по ГОСТ Р 53098-2008. Оптимальные соотношения компонентов данного пенообразователя:

• вода:ПСБ (жидкое):гидроксид натрия (по массе) — 100:6,4:2,6;
• вода:ПСБ (сухое):гидроксид натрия (по массе) — 100:10:1,8.

Основные физико-химические свойства раствора данного белкового пенообразователя по данным [25] приведены в таблице П.3.2.

Таблица П.3.2

Основные физико-химические свойства раствора белкового пенообразователя на основе послеспиртовой барды по данным [25]

л) Белковый пенообразователь из мицелиальных отходов (мицелии микроорганизмов), полученный путем щелочного гидролиза. В качестве щелочного компонента при гидролизе используются либо гидроксид кальция, либо гидроксид натрия. Оптимальные соотношения компонентов данного пенообразователя следующие: вода:мицелий:известь (по массе) — 40:7:1.

Основные физико-химические свойства раствора данного белкового пенообразователя по данным [25] при 22 °C приведены в таблице П.3.3.

Таблица П.3.3

Физико-химические свойства белкового пенообразователя из мицелиальных отходов по данным [25]

Способ приготовления белкового пенообразователя методом микробного синтеза по данным (Патент РФ № 2141930) приведен в Приложении 2.

м) Белковые пенообразователи, получаемые после микробиологической обработки (анаэробного и окислительного брожения) отходов пищевой промышленности (подсырной и творожной сыворотки). В качестве стабилизатора пены может быть использован раствор сульфата железа, а в качестве катализатора процесса гидролиза с лучшими поверхностно-активными свойствами — гидроксид натрия.

Согласно [25] оптимальные условия гидролиза сыворотки и соотношения компонентов следующие: весовое соотношение гидроксид натрия:сухие вещества в сыворотке — 1:2, продолжительность гидролиза — 50 мин при температуре среды 95 °C. Получаемая из данного пенообразователя пена имеет кратность 8 — 10, водоотделение — около 10 — 15%, водородный показатель (pH) — 8,5. Водоотделение пены определялось по количеству жидкости, выделившейся из пены в течение одного часа (в % к исходному количеству взятого для испытания раствора пенообразователя).

н) Белковые пенообразователи «Омпор» и «Омпор-Люкс», разработанные в Институте Новых Технологий и Автоматизации промышленности строительных материалов (ООО «ИНТА-СТРОЙ», г. Омск) [27] на основе переработки различных источников белкового сырья (боенская кровь, перо птицы и т.д.). Технические показатели порошкообразного пенообразователя «Омпор-Люкс» по данным [27] приведены в таблице П.3.4.

Таблица П.3.4

Физико-химические свойства белкового пенообразователя «Омпор-Люкс»

В таблицах П.3.5 и П.3.6 приведены составы пенобетона различных плотностей с расходами жидкого пенообразователя «Омпор» и порошкообразного пенообразователя «Омпор-Люкс».

Таблица П.3.5

Составы пенобетона марок по средней плотности D300 — D800 с расходами пенообразователей «Омпор» и «Омпор-Люкс»

Примечание: Пенобетон изготавливался по двухстадийной технологии путем смешивания с цементным тестом пены, полученной из пенообразователей «Омпор-Люкс» и «Омпор» в концентрации по сухому веществу.

Таблица П.3.6

Состав сухой смеси для производства пенобетона марки по средней плотности D400 с оптимальным (по структуре пенобетона и из экономической целесообразности) расходом пенообразователя «Омпор-Люкс»

Примечания:

1. Пенобетон изготавливался по одностадийной технологии путем добавления 0,6 л воды на каждые 950 г сухой смеси при перемешивании в течение 40 с на высокоскоростном смесителе (1100 мин-1).

2. В качестве сухого заменителя жидкого стекла использовался Na2SiO3·9H2O.

П.3.2 Синтетические пенообразователи легче вспениваются, имеют более длительный срок хранения, устойчивы к введению химических добавок.

В качестве синтетических пенообразователей по данным «Рекомендаций по изготовлению и применению изделий из неавтоклавного ячеистого бетона» (в том числе, алюмосульфонафтеновых), полученных на основе ПАВ (поверхностно-активного вещества) и стабилизаторов, рекомендуется применять:

• сульфанол (по ТУ 84-373-72 и ТУ 6-01-1001-77);
• пасту алкилсульфатов (ТУ 38-10765-75);
• скруберную пасту (ТУ 38-107.101-75);
• ПАВ «Прогресс» (ТУ 38-10719-77).

Стабилизаторами пены синтетических пенообразователей могут быть:

костный клей — по ГОСТ 2067;

мездровый клей — по ГОСТ 3252;

жидкое стекло ПЛ-1,4 - ГОСТ 13078-68;

клей казеиновый марки В-207 и СБ - ГОСТ 3056-90;

тринатрийфосфат — ГОСТ 201-76;

карбоксилметилцеллюлоза — ОСТ 6-05-386-80.

Составы синтетических пенообразователей представлены в таблице П.3.7.

Таблица П.3.7

Составы синтетических пенообразователей по данным «Рекомендаций по изготовлению и применению изделий из неавтоклавного ячеистого бетона»

Примечание: КМЦ — карбоксилметилцеллюлоза — ОСТ 6-05-386-80; клей казеиновый марки В-207 и СБ — ГОСТ 3056-74; жидкое стекло - ГОСТ 13078-68; тринатрийфосфат — ГОСТ 201-76.

Способы приготовления пенообразователей, указанных в таблице 4.23, приведены ниже. Основные положения контроля качества пенообразователей приведены в разделе 9 «Контроль качества сырьевых материалов, ячеистофибробетонной смеси и изделий».

Приготовление синтетических пенообразователей включает в себя три этапа:

1. растворение ПАВ (поверхностно-активного вещества) в воде. Растворение ПАВ следует производить в воде, взятой по расчету и подогретой до температуры 40 — 60 °C. После введения ПАВ раствор должен медленно перемешиваться в течение 30 — 40 мин до остывания (до комнатной температуры);

2. приготовление стабилизатора пены. Раствор казеинового клея готовится на основе казеинового клея и воды, взятых в соотношении 1:3 — 1:6. Клей вводится в воду и перемешивается в течение 20 — 30 мин до получения однородной массы без комков.

Раствор карбоксилметилцеллюлозы (КМЦ) готовится путем его растворения в воде в соотношении 1:5 — 1:10. Вначале порошок КМЦ заливается водой и набухает в течение 1 ч, затем осуществляется его перемешивание в течение 20 — 30 мин до получения однородной массы.

Раствор мездрового клея готовится путем растворения в воде в соотношении 1:2 — 1:5 и выдержки до набухания в течение 24 ч. Затем клей обогревают в течение 2 ч горячей водой или паром при температуре 50 °C до получения однородной массы без комков.

Жидкое стекло и тринатрийфосфат следует растворять в воде, перемешивая до полного растворения;

3. смешивание раствора ПАВ со стабилизатором. Раствор ПАВ вводят в раствор стабилизатора и перемешивают в течение 20 — 40 мин. После этого пенообразователь готов к употреблению.

Срок хранения пенообразователя на основе казеинового клея 1 сут, КМЦ и мездрового клея — не более 3 сут, жидкого стекла — не более 10 сут.

Синтетические пенообразователи, используемые в настоящее время:

а) Пенообразователь — ПБ-Формула 2012 (ООО «Ивановская химическая компания», г. Иваново) по ТУ 2481-185-05744685-01.

Физико-химические свойства ПБ-Формула 2012:

• плотность при 20 °C — 1000 — 1150 кг/м3;
• плотность пены — 100 г/л;
• кратность пены рабочего раствора с объемной долей 4%, не менее — 8,0;
• устойчивость пены, %, не более — 5;
• концентрация рабочего раствора — 1%.

Усадочные деформации пенобетона на основе пенообразователя ПБ-Формула 2012 составляют 2,3 мм/м, что не превышает предельного нормируемого значения 3 мм/м.

При этом пенобетон, приготовленный на основе пенообразователя ПБ-Формула 2012, может иметь максимально возможную прочность при среднем значении его плотности.

В таблице П.3.8 приведен состав пенобетона, приготовленного на основе пенообразователя ПБ-Формула 2012 по данным [23].

Таблица П.3.8

Сырьевые составы и результаты испытаний образцов пенобетона на основе пенообразователя ПБ-Формула 2012 по данным [23]

б) Пенообразователь «ПБ-Люкс» по ТУ 2481-004-59586231-2005. Представляет собой водный раствор смеси анионоактивных ПАВ со стабилизирующими и функциональными добавками.

Плотность пены составляет 1,04 — 1,1 г/см3, кратность пены варьируется от 5 до 50, коэффициент устойчивости пены в цементном тесте не менее 0,95. Указанный пенообразователь совместим со всеми органическими и неорганическими добавками, хорошо смешивается с водой в небольших дозировках и способствует образованию высокопористой структуры ячеистых бетонов с малой плотностью.

Совместим со всеми органическими и неорганическими добавками, применяемыми в производстве пенобетона — ускорителями твердения органической и неорганической природы, пластификаторами, фиброволокном, хорошо смешивается с водой в небольших дозировках и способствует образованию высокопористой структуры ячеистых бетонов с малой плотностью. Может использоваться во всех известных технологиях получения пенобетона — с использованием пеногенераторов (раздельный способ по классической технологии), «миксерной» с различной организацией перемешивания и баротехнологии.

Обладает высокой устойчивостью пены в цементном тесте, что позволяет транспортировать готовую пенобетонную массу на значительные расстояния без разрушения.

В зависимости от плотности изделий расход пенообразователя может составлять от 0,25 до 1,2 литра концентрата на 1 м3 пенобетона. При использовании следует минимизировать его нормативный расход для максимального уменьшения отрицательного влияния на замедление скорости твердения. В случае «миксерной» технологии следует руководствоваться расходом пенообразователя не более 1,5 кг на 1 м3 пенобетона.

Технические характеристики пенообразователя «ПБ-Люкс» приведены в таблице П.3.9.

Таблица П.3.9

Технические характеристики пенообразователя «ПБ-Люкс»

Плотность пены составляет 1,04 — 1,1 г/см3, кратность пены варьируется от 5 до 50, коэффициент устойчивости пены в цементном тесте не менее 0,95. Указанный пенообразователь совместим со всеми органическими и неорганическими добавками, хорошо смешивается с водой в небольших дозировках и способствует образованию высокопористой структуры ячеистых бетонов с малой плотностью.

Технология применения:

Перед применением пенообразователь следует выдержать при температуре 20 — 35 °C и тщательно перемешать до полной однородности.

В зависимости от применяемого оборудования (пеногенератора) при раздельном способе получения пенобетона как правило используют рабочие растворы пенообразователя в воде с объемной концентрацией продукта 2,0 — 4,5%. Оптимальная температура рабочего раствора, обеспечивающая наилучшее соотношение кратности и устойчивости пены, составляет 17 — 22 °C. В реальных условиях температура рабочего раствора в зависимости от применяемой технологии варьируется в пределах 10 — 35 °C. Рекомендуемая кратность пены рабочего раствора, обеспечивающая наилучшие технологические условия производства (экономию пенообразователя и минимизацию отрицательного влияния на скорость твердения), составляет 20 — 35.

При использовании следует избегать любого контакта пенообразователя или его растворов с нефтепродуктами и маслами, приводящими к необратимой потере пенообразующих свойств продукта даже в следовых количествах.