Влияние влажности на плотность и энергоэффективность ячеистого бетона

В статье рассматриваются основные свойства, формирующие качество ячеистого бетона и особенности его производства и применения в Республике Казахстан. Особое внимание уделено энергосберегающим и эксплуатационным свойствам, способам их улучшения, приведен модифицированный вариант методики расчета влажности.

Осуществляемая в Республике Казахстан политика в отношении науки и техники направлена на развитие и внедрение наиболее экономически эффективных, экологически благоприятных и ресурсосберегающих конструктивных систем и технологий. Закон №541-IV от 12 января 2012 года "Об энергосбережении и о повышении энергоэффективности" подчеркнул необходимость и актуальность энергоэффективных ресурсов. Согласно данного закона, проведение обследований производств и строительных объектов для обеспечения максимальной экономии энергетических ресурсов является обязательным, требования по энергоэффективности должны быть включены в архитектурно-строительную и проектную документацию, разрабатываемую и утверждаемую в целях реконструкции, строительства зданий, строений, сооружений. Таким образом, приоритетным и первостепенным является применение энергоэффективных и теплосберегающих строительных материалов и изделий. К таким материалам можно отнести изделия из ячеистого бетона.

Ячеистый бетон - пористый строительный материал на основе минеральных вяжущих и кремнезёмистого заполнителя. Это искусственный камень, полученный в результате твердения смеси, состоящей из вяжущих материалов, тонкодисперсного кремнеземистого компонента, воды и порообразователя. Ячеистый бетон занимает 3-е место по 20-бальной шкале экологичности после дерева и керамического кирпича и обладает свойствами дерева и камня одновременно.

Образование ячеистой структуры бетонов происходит за счет образования в жидкой смеси пены или газа. Ячеистые бетоны на 50 - 85 % состоят из воздушных пор, что обеспечивает их низкую плотность и сниженную теплопроводность. Высокие теплозащитные и эксплуатационные свойства материала подтверждаются результатами многолетних лабораторных и практических исследований, однако на настоящий момент наблюдаются расхождения стандартных и производственных результатов испытаний теплопроводности. По ГОСТ 25485-89 "Бетоны ячеистые. Технические условия" коэффициент теплопроводности для бетонов плотностью не более 500 кг/м3 установлен как 0,12 Вт/м*?С, однако испытания опытных образцов казахстанских производителей по ГОСТ 7076-99 "Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме" дают результаты 0,15-0,16 Вт/м*?С, что превышает установленную тем же стандартом допустимую погрешность в ±10%. Особые затруднения вызывают расчеты фактической массы и ,соответственно, плотности образца, что не дает возможности установить истинные значения коэффициента теплопроводности для конкретной плотности.

В соответствии с ГОСТ 25485-89 "Бетоны ячеистые. Технические условия" бетоны классифицируются:по функциональному назначению: теплоизоляционный, конструкционнотеплоизоляционный и конструкционный;по способу поризации; по виду вяжущего вещества; по виду кремнезёмистого компонента; по способу твердения: неавтоклавные и автоклавные.

Неавтоклавным способом производят пено- и газобетоны, изготавливаемые на цементном вяжущем и предусматривающие тепловую обработку в пропарочных камерах. Преимуществом неавтоклавных бетонов является относительно высокая стойкость к воде, так как при их изготовлении применяют вяжущее вещество гидратационного твердения - цемент. Также можно получить достаточно низкие плотности такого бетона: 250 - 500 кг/м3, что обеспечивает высокую ресурсоэффективность, но при этом очень сложно добиться однородной плотности и равномерной структуры бетона, что снижает их долговечность и прочность. Низкие прочностные свойства также признаны главным недостатком неавтоклавных ячеистых бетонов, они практически бесполезны при необходимости возведения несущих конструкций. В соответствии с требованиями ГОСТ 25485 - 89, конструкционно-теплоизоляционными могут быть только бетоны плотности 500 кг/м3 и выше, в то время как теория и практика применения неавтоклавных ячеистых бетонов устанавливает соответствие плотности 500 кг/м3 максимальной прочности 1,5 МПа. Кроме того, технология производства ячеистых бетонов неавтоклавного твердения не позволяет обеспечить высокую точность геометрических параметров и конкурентоспособный внешний вид - изделия имеют темно-серый цвет с оттенками от грязно-коричневого до черного, разводы и пятна, отбитости и сколы углов и ребер.

Ячеистые бетоны автоклавного твердения в отличие от неавтоклавных подвергаются обработке не только паром и высокой температурой, но и давлением, и лишены многих недостатков. Так, например, бетоны класса по плотности 500 кг/м3 можно получить прочностью до 5МПа и выше, в зависимости от качества сырьевых компонентов, правильности подбора состава и других технологических параметров. Ячеистые бетоны автоклавного твердения обладают улучшенными по сравнению другими бетонами теплоизоляционными свойствами и повышенной паропроницаемостью.

Однако ячеистые бетоны автоклавного твердения имеют и свои недостатки. Так как в подавляющем большинстве технологий они изготавливаются с применением воздушных вяжущих: строительной извести и гипса, они боятся прямого и длительного воздействия влаги. Поэтому ячеистые бетоны автоклавного твердения подлежат обязательной защите от действия воды при хранении и эксплуатации. За счет повышенной проницаемости, поверхность стен из ячеистого бетона регулируют температурно-влажностный климат в помещениях, то есть она в состоянии "брать" и "отдавать" парциальную влагу.

В зависимости от состава, при одних и тех же плотностях, автоклавные ячеистые бетоны, можно получать различных прочностей. В таблице 1 показана область возможных прочностных характеристик автоклавных ячеистых бетонов, полученная по приводимым в научных источниках результатах испытаний [1 - 6].

Таблица 1 - Границы возможных прочностных характеристик ячеистых бетонов различных плотностей

С развитием науки и технологии границы значений прочности могут быть значительно расширены в сторону повышения прочности уже в ближайшие годы. Например, Сажнев Н.П. утверждает, что в ближайшие годы ячеистые бетоны, имеющие плотность 400 кг/м3 будут причислять к конструкционно-теплоизоляционным [3, с.67-70]. Более того, результаты, полученные украинскими исследователями, в частности Захарченко П.В., говорят о том, что бетоны, плотностью 300 кг/м3 уже можно использовать как конструкционно-теплоизоляционные [6, с.117]. Очевидно, что повышение плотности ячеистого бетона увеличивает его прочность, однако, чем плотнее материал, тем меньше его теплопроводность и паропроницаемость. Можно предположить, что прочный констр-укционный ячеистый бетон скорее всего лишен большинства своих энергосберегающих свойств. Данные ГОСТ 25485-89 "Бетоны ячеистые. Технические условия" позволяют установить более четкую картину зависимости коэффициентов теплопроводности и паро- проницаемости от плотности ячеистого бетона (рис.).

Как видно, наиболее энергоэффективными являются бетоны плотностью не более 500 кг/ м3 - они обладают средней паропроницаемостью и относятся к классу А - малой теплопроводности. При плотности от 500 до 700 кг/ м3 бетоны еще не теряют паропроницаемости, однако уже относятся к классу Б - средней тепловпроводности и нуждаются в дополнительном утеплении. При плотности более 700 кг/ м3 ячеистые бетоны теряют преимущество по теплопроводности и паропроницаемости, возрастают их влагоудерживающие свойства, что приводит к снижению морозостойкости и долговечности. При этом результат определения плотности принимается как основной критерий для причисления ячеистого бетона к определенному классу теплопроводности. Определение истинных значений плотности даст возможность производителям ячеистого бетона ссылаться на стандартные значения коэффициента теплопроводности при получении сертификатов об энергоэффективности.

Стандартные методики определения коэффициента теплопроводности разработаны для различных состояний бетона:

• высушенного до постоянной массы (при этом влажность может колебаться в широких пределах от 0 до 4 %);
• во влажном состоянии;
• при влажности 4 и 5 % (значения, указанные в ГОСТ 31360 - 2007 "Изделия стеновые неармированные из ячеистого бетона автоклавного твердения").

Очевидно, что для устранения разногласий, все испытания, в том числе определение средней плотности, необходимо проводить только в сухом состоянии. К сожалению, используемая практически всеми казахстанскими производителями ячеистого бетона строительная известь не позволяет добиться стандартного сухого состояния опытных образцов. Химический состав казахстанской извести позволяет добиться отличных показателей прочности благодаря высокому содержанию оксида кальция, однако даже после автоклавной обработки такая известь сохраняет феноменальные адсорбционные свойства. Это не позволяет установить не только истинно сухое состояние ячеистого бетона, но и фактическое значение его влажности и плотности.

Для установления истинных значений влажности автором рекомендуется использовать следующую методику, основанную на ГОСТ 12730.2-78 "Бетоны. Метод определения влажности". Образцы-кубы высушиваются в сушильном шкафу при стандартной температуре в течение не менее чем 48 часов, то есть в два раза дольше стандартных 24 часов. Затем определяется прочность образцов при сжатии на прессе, после чего образцы дробятся на зерна крупностью не более 5 мм. Из подготовленного таким образом материала отбирается усредненная проба массой 100 грамм, которая измельчается в ступке до тонкости не более 1,0 мм. Проба повторно сушится

не менее двух часов, определяется ее остаточная влажность. По ГОСТ 12730.2-78 вычисляется фактическая влажность и вводится поправка на прочность и плотность с учетом коэффициента влажности.

По результатам определения плотности указанным выше способом можно утверждать, что погрешность результатов определения влажности - это одна из причин расхождения стандартных и фактических значений коэффициента теплопроводности для одной и той же плотности. Предлагаемый метод определения влажности позволяет снизить погрешность и получить наиболее точные значения характеристик, формирующих энергоэффективность ячеистого бетона.

Список литературы

1. Кафтаева М.В. Проблемы производства и применения автоклавных ячеистых бетонов. / Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, № 4, 2011. -С.33 - 35.
2. Кудряшев И.Т. Автоклавные ячеистые бетоны и их применение в строительстве. - М.: Госстройиздат. 1980. - 63 с.
3. Сажнев, Н.П. Производство ячеистобетонных изделий: теория и практика. - Минск: Стринко, - 3-е изд., доп. и перераб., 2010. - 464 с
4. Трамбовецкий В.П. Ячеистый бетон в современном строительстве. // Технологии бетонов. 2007. - № 2 (13). - С. 30 - 31.
5. Чернов А.Н., Самардак С.А. Прочность ячеистого бетона как функция его плотности. // В сб. статей Ячеистые бетоны в строительстве - М.: Изд-во журнала Популярное бетоноведение, 2010. - 383 с.
6. Захарченко П.В. Конструкционнотеплоизоляционный ячеистый бетон автоклавного твердения плотностью 300 кг/м3 / П.В. Захарченко, Н.А. Дюжилова, Д.Г. Рудченко // Будiвельни материалi, вiроби та санiтарна технiка. Наук. - тех. збiр. Випуск, 40. - 2011. - С. 116 - 121.
7. ГОСТ 25485-89 "Бетоны ячеистые. Технические условия".