2. СВОЙСТВА ГАЗОБЕТОНА

СВОЙСТВА ГАЗОБЕТОНА

К числу основных свойств газобетона относятся высокая прочность при сжатии и изгибе, малая теплопроводность и высокая морозоустойчивость.

Кроме того, газобетон отличается малым водопоглощением, что объясняется наличием в нем системы замкнутых пор.

Автоклавный газобетон дает малую усадку при высыхании и незначительно набухает при увлажнении.

1. ПРОЧНОСТЬ И ОБЪЕМНЫЙ ВЕС ГАЗОБЕТОНА

а) При сжатии

Прочность газобетона при сжатии характеризуется широким диапазоном значений: от 1—2 до 140 кГ/см² и находится в прямой зависимости от его объемного веса. Но не только объемный вес определяет прочность газобетона. Она зависит в значительной степени и от равномерности структуры изделия. Объемный вес и соответственно прочность изделия из газобетона могут значительно изменяться по высоте. При испытании блоков с неравномерной структурой или таких же образцов большого размера разрушение происходит в две стадии: на первой разрушаются периферийные слои, обладающие меньшей прочностью, а на второй — более прочное ядро. Поэтому исследователю трудно определить, какова же прочность всего испытуемого образца в целом. Ясно только то, что если этот испытуемый образец или блок при том же объемном весе обладал бы равномерной структурой, то прочность его была бы больше прочности данного образца. Для сравнения прочностных показателей газобетона образцы испытывают обычно при одинаковой влажности и, как правило, в высушенном до постоянного веса состоянии.

Прочность газобетона находится в некоторой зависимости я от свойств исходных материалов. Прежде всего на нее влияет их водопотребность. Чем значительнее последняя, тем выше водоцементное отношение при изготовлении газобетона и, естественно, тем ниже прочность при одинаковых условиях твердения.

Марка цемента не определяет собой прочность газобетона, поскольку в данном случае решающее значение имеет ячеистая структура материала. _

Значительное влияние на прочность газобетона оказывает расход цемента (состав смеси) и вид твердения (автоклавный или безавтоклавный).

По назначению газобетонные изделия разделяются на две группы в зависимости от объемного веса и прочности: теплоизоляционный с объемным весом от 0,3 до 0,6 т/м ³ и конструктивный с объемным весом от 0,6 до 0,9 /м ³.

Теплоизоляционный газобетон из-за малого объемного веса и, следовательно, значительной теплоизолирующей способности используется Для изготовления теплоизолирующих скорлуп для трубопроводов, плит для теплоизоляции холодильных установок и кровель, для утепления стеновых панелей и т. д.

Из конструктивного газобетона, для которого характерна более высокая прочность при малом объемном весе, изготовляют различного рода облегченные несущие элементы и возводят самонесущие стены зданий.

Рассмотрим более подробно влияние на прочность и объемный вес газобетона ряда перечисленных выше факторов.

Влияние вида твердения

Безавтоклавный газобетон, как известно, твердеет в условиях пропаривания, или в так называемых нормальных условиях.

При твердении в нормальных условиях газобетон достигает максимальной прочности в длительные сроки твердения — не менее 90 дней.

В 7-дневном возрасте газобетон забирает от 35 до 50% прочности 28-дневного возраста.

На рис. 2-представлена зависимость между прочностью и объемным весом газобетона естественного твердения, причем образцы испытывались вo влажном состоянии без подсушки. При сушке до постоянного веса газобетон теряет около 30% от веса образца, а прочность при этом возрастает на 15—20%.

На рис. 3 представлена та же зависимость для образцов, твердевших в условиях пропаривания, но испытанных в высушенном состоянии.

Как видно, прочностные показатели в 28-дневном возрасте при испытании в состоянии естественной влажности равны прочностным показателям пропаренных образной, испытанных, в высушенном состоянии. Значит при сравнимой влажности в 28-дневном возрасте прочность образцов газобетона, полученных при твердении в нормальных условиях, на 25% выше чем пропаренных.

Автоклавный газобетон обладает значительно более высокой прочностью, чем безавтоклавный. Причем достигается она при более низких расходах цемента. Объясняется это тем, что вводимые в состав ячеистых смесей тонкомолотые кремнеземистые добавки при автоклавной обработке активно

реагируют со свободной известью и некоторыми клинкерными минералами цемента и приобретают свойства вяжущего.

Влияние направления приложения нагрузки

Испытывают газобетонные образцы, изготовленные заливкой в формы заданного размера или выпиленные из изделия. Нагрузка при испытании может быть приложена либо параллельно направлению вспучивания, либо перпендикулярно ему.

В обоих случаях полученные показатели прочности будут различными. По данным испытаний, проведенных Графом, разница эта для образцов в зависимости от возраста, размера и условий твердения следующая (табл. 2).

Разница в показателе прочности при различном направлении приложения нагрузок составляет от 10 до 50% (от минимального показателя).

Эта разница вызывается неравномерностью структуры газобетона. Снизу вверх по направлению вспучивания наблюдается некоторое снижение прочности и объемного веса. При нагружении образцов в направлении, параллельном вспучиванию, мерилом прочности является более слабый слой, при

перпендикулярном нагружении образца — более прочные слон. Следовательно, более точные результаты дают испытания прочности при приложении нагрузки перпендикулярно вспучиванию.

Влияние размеров образца

Графом получены следующие результаты испытания образцов различного размера, изготовленных заливкой в металлические формы и твердевших в нормальных условиях (табл. 3).

Как видно из таблицы, в зависимости от размера образцов прочность их резко меняется. Для получения сравнимых показателей могут быть использованы коэффициенты, приведенные в табл. 3.

По принятой у нас методике испытывается серия из пяти образцов размером 10х10х10 см.

.

Влияние влажности

Зависимость прочности газобетона от его влажности иллюстрируется следующими данными. Например, для образцов одного состава, размера, возраста и условий твердения получены были следующие показатели:

Изменение объемного веса газобетона в зависимости от его влажности еще более значительно. Ниже представлены результаты определения объемного веса образцов 15x15X15 см при различной их влажности:

В процессе влажного хранения газобетон дополнительно поглощает от 3 до 13% влаги, а при сушке до постоянного веса влаги теряется (в зависимости от объемного веса) от 15 до 45% (от веса сухого образца).

Чем меньше объемный вес газобетона, тем больше воды способен он поглотить при хранении во влажных условиях и том больше влаги содержится в его порах в свободном виде. Поэтому для получения сопоставимых показателей необходимо испытывать образцы в состоянии сравнимой влажности, что проще всего достигается высушиванием газобетона при 100—105° до постоянного веса.

Влияние состава смеси

Прочность газобетона, как и обычного тяжелого бетона, зависит также и от расхода цемента. Соотношения между

цементом и кремнеземистыми компонентами изменяются в довольно широких пределах: от 1:0 до 1:4. Естественно, что чем больше доля вяжущего в составе газобетона, тем при равных объемных весах больше его прочность. Это положение полностью подтверждается кривыми рис. 4 для безавтоклавного газобетона (а). Для автоклавного газобетона (б) характерна несколько иная картина. В процессе автоклавной обработки происходит, в первую очередь взаимодействие трехкальциевого силиката и свободной извести, а затем двухкальциевого силиката цемента с кремнеземистой добавкой. Цементу определенного минералогического состава соответствует своя оптимальная доля кремнеземистой составляющей. При увеличении этой доли кремнеземистой составляющей излишняя ее часть остается инертной и служит лишь наполнителем. Это ведет к уменьшению прочности газобетона.

Как известно, недостаток силикатов кальция в вяжущем можно восполнить, вводя в автоклавный газобетон некоторое количество гидратной извести. На рис. 5 показано, что введение извести ведет к росту прочности газобетона При введении в состав газобетона 5% гидратной извести его прочность увеличивается в 1,7 раза, а при 10%—уже в 2,1 раза.

б) При растяжении в момент изгиба

На прочность газобетона при растяжении в момент изгиба влияют те же факторы, что и на прочность газобетона при сжатии.

В литературе есть указания о том, что прочность на растяжение при изгибе составляет от ¹/₃ до ¹/₄ прочности при сжатии. Граф, проводивший испытания на образцах сечением 10x10 и 10х15 см при пролете между опорами 30 см, получил результаты, графически представленные на рис. 6. Он отмечает, что прочность на растяжение при изгибе составляет от 0,3 до 0,5 от прочности при сжатии. На рис. 7 представлены результаты, полученные авторами при испытании образцов размерами 4x4x16 см. Образцы эти — состава от 1:0 до 1:2,5 (цемент: молотый песок), с объемным весом от 0,5 до 1,4 т/м³, как автоклавные, так и безавтоклавные.

Полученные результаты позволяют выявить следующую зависимость между значениями прочности на растяжение при изгибе и прочности при сжатии:

R_из = 0,3R_сж + 2,

2. МОДУЛЬ УПРУГОСТИ

где R_из — прочность растяжения при изгибе; R_сж — то же, при сжатии.

Известны значения модуля упругости газобетона и других ячеистых бетонов, измеренные различными способами. Ряд исследователей определял модуль упругости ячеистых бетонов при сжатии статическим методом. Их данные хорошо согласуются между собой и представлены величинами, рассмотреyными в табл. 4.

Величины так называемого динамического модуля упругости, измеренного резонансными методами, несколько отличны от этих показателей.

По данным американского национального бюро стандартов динамический модуль упругости составляет:

Авторами также проведен ряд исследовании в этой области. На рис. 8 представлены результаты измерения динамического модуля упругости газобетона, изготовленного с использованием в качестве газообразователя пергидроля. Результаты измерений, проведенных при помощи ультразвукового частотомера ПИК-5, относятся к газобетону автоклавному и

безавтоклавному на различных пуццоланах. При этом не было обнаружено значительного влияния вида пуццолана на величину динамического модуля упругости. Зависимость между объемным весом и модулем упругости прямолинейна. Кривая зависимости между прочностными показателями и модулем упругости — параболического вида. Такая же зависимость обнаружена и при импульсном методе измерения модуля упруго- гости при помощи модулемера ИЧМК-2.

Для безавтоклавного газобетона величина модуля упругости колеблется от 5•10³ до 65•10³ кГ/см²; для автоклавного — от 10•10³ до 80•10³ кГ/см².

3. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

Теплопроводность — одно из основных свойств газобетона. Благодаря небольшому весу и малой теплопроводности изделия из газобетона применяются в теплоизолирующих конструкциях.

Значительное влияние на теплопроводность газобетона оказывает содержащаяся в нем свободная влага — чем ее больше, тем выше значение коэффициента теплопроводности λ. Например, газобетон с объемным весом 1,06 т/м³, по данным Графа, при влажности 8,5% по весу при 10° имеет коэффициент теплопроводности 0,25 ккал/м град час, а при влажности 0,3%—коэффициент теплопроводности 0,18 ккал/м град час. Для газобетона с объемным весом 1,16 т/м³ эти цифры соответственно равны 0,36 и 0,25.

Наличие свободной влаги в газобетоне и температура окружающей среды оказывают значительное влияние на его теплопроводность. В том же литературном источнике приведены показатели коэффициента теплопроводности при объемном весе 1,06 т/м³ и влажности 0,3%, установленные при разных температурах:

Значительно влияет на величину коэффициента теплопроводности объемный вес газобетона.

На рис. 9 представлена зависимость между величиной коэффициента теплопроводности и объемным весом для газобетона в состоянии естественной влажности, т. е. в условиях службы. В интервале значений объемного веса от 0,3 До 1,2 т/м³ коэффициент теплопроводности прямо пропорционален величине объемного веса.

При проверке теплопроводности образцов газобетона на пергидроле для объемного веса 0,9 т/м³ получено значение коэффициента теплопроводности, равное 0,21 ккал/м² град. час. Разброс значений λ объясняется, видимо, размерами пор. Приведенные выше величины относятся к образцам, высушенным до постоянного веса.

4. ВОДОПОГЛОЩЕНИЕ

Способность материала впитывать воду или поглощать водяные пары является одной из важнейших его характеристик. Поскольку в порах газобетона заключен воздух, давление которого равно атмосферному, он слабо поглощает влагу как в парообразном, так и в жидком состоянии. Этим и объясняется хорошая морозостойкость материала. При погружении газобетона в воду она просачивается в поры и уравнивает давление снаружи и внутри пор. Поэтому капиллярный подсос газобетона незначителен. Этот подсос составляет: для газобетона с объемным весом 0,68 т/м³ за 15 мин. — 10 мм и за 80 час.— 55 мм, а для газобетона с объемным весом 0,84 — соответственно [1] и 65 мм.

Водяные пары поглощаются медленно и в небольших количествах. На рис. 10 представлены изотермы сорбции газобетона на пергидроле при температуре 20° и различной влажности -среды. Как видно, сорбция паров воды газобетоном при относительной влажности, равной 80%, не превышает 5% по весу. Равновесная влажность достигается газобетоном через 140 дней.

Поглощение воды газобетоном при погружении его на 48 час. составляет: при объемном весе 0,8 т/м³—29,9%, а при объемном весе 1,0 т/м³ — 30,2%. При этом лишь от 52 до 58% объема пор заполняется водой. Такое водопоглощение

газобетона обусловливает высокую устойчивость при испытании попеременным замораживанием и оттаиванием.

5. МОРОЗОСТОЙКОСТЬ

При испытании на морозостойкость газобетон на пергидроле с объемным весом 0,9—1 т/м³ теряет за 75 циклов замораживания и оттаивания до 23% прочности.

Образцы с объемным весом 0,4—0,6 т/м³ выдерживают лишь 15 циклов испытания без малейших признаков разрушения, а их прочность понижается до 10%.

На рис. 11, а, б и в показан внешний вид образцов с объемным весом 0,9—1 т/м^г после испытания на морозостойкость.

6. УСАДКА

Неустойчивость линейных размеров газобетонных изделий является их основным недостатком. При высыхании газобетон дает усадку, при увлажнении — набухает.

Потеря воды зависит от температуры и оптимальной влажности среды и происходит в длительные сроки.

Грюн в течение года наблюдал усадку газобетона объемным весом от 0,6 до 0,7 различного состава. В начальные сроки было заметно набухание, а далее до года — прогрессирующая усадка.

Усадка является причиной возникновения трещин в изделиях и наблюдается как в процессе твердения изделий, так и при эксплуатации. Наименее опасна усадка при твердении — это влечет за собой лишь необходимость больших допусков по размерам изделия. При эксплуатации усадка более опасна. Особенно неприятна она при производстве изделий, изготовляемых из тяжелого бетона в сочетании с ячеистым. Даже при незначительной усадке газобетон в этом случае может отслаиваться от тяжелого бетона и выкрашиваться. Большинство специалистов считает, что в основном на усадку влияет расход цемента. Наши исследования это подтверждают. На рис. 12 приведена зависимость окончательной усадки (при полной сушке) от расхода цемента для газобетона с различным объемным весом.

Действительно, с увеличением доли цемента в составе неавтоклавного газобетона окончательная его усадка изменяется от 4 до 5,5 мм/м. Такая величина усадки обычна для газобетона влажного твердения. Одним из наиболее эффективных средств снижения усадки является автоклавная обработка газобетона. Происходящие при этом реакции взаимодействия между силикатами кальция, известью и кремнеземом приводят к возникновению низкоосновных силикатов. В результате образуется более стабильный кристаллический каркас стенок пар, и усадка изделий, твердевших а автоклаве, составляет лишь 0,1—0,4 мм/м.

К значительному снижению усадки газобетона влажного хранения ведут добавки гипса.

Добавка гипса в количестве 4,5—6% не сокращает сроков протекания процесса усадки, но уменьшает ее примерно на 30%.

Рижский завод при производстве газобетонных изделий вводит для снижения усадки в состав смесей немолотый песок. Иногда вводят в газобетонные изделия некоторые количества (в виде отдельных включений) крупного заполнителя. Это ведет к ощутимому уменьшению усадки. Нежелательные последствия усадки предотвращает армирование изделии.

Эффективным средством уменьшения опасных явлений при усадке является применение высушенных изделий. Можно уменьшить усадку, замедляя высыхание изделий.

7. СЦЕПЛЕНИЕ С АРМАТУРОЙ

Целый ряд изделий, изготовленных из ячеистых бетонов, в частности из газобетона, армирован. По данным ряда фирм, сцепление арматуры с пенобетоном, определенное методом продавливания, составляет 0.25 для состава 1:2 и 0,38 от прочности при сжатии для состава 1 : 4. Например, бельгийский автоклавный ячеистый бетон с объемным весом 0,98 т/м³ имел прочность сцепления 15 кГ/см² при прочности сжатия 180 кГ/см² и прочности при изгибе 43 кГ/см². По-видимому, испытывалась гладкая арматура.

Автоклавная обработка ослабляет сцепление арматуры с ячеистым бетоном; она составляет 0,3—0,5 величины сцепления ячеистых бетонов, твердевших во влажных условиях, независимо от типа арматуры.

Наши испытания проводились методом выдергивания. Арматурный стержень диаметром 12 мм из стали 25ГС периодического профиля, заанкеренный в газобетон, выдергивали из него на разрывной 5-тонной машине. Для газобетона с объемным весом 0,8 т/м³ прочность при сжатии составляла: для автоклавного 40 кГ/см², для пропаренного 15 кГ/см² прочность на растяжение при изгибе соответственно составляла 14 и 7 кГ/см². Прочность сцепления с арматурой периодического профиля была равна 17,7 и 10,4 кГ/см².

8. КОРРОЗИЯ АРМАТУРЫ

Коррозия арматуры в газобетоне на пергидроле, как во всякой другой разновидности ячеистого бетона, обусловливается его ячеистой структурой. Естественно, что степень агрессивного воздействия на арматуру водяных паров в пористом ячеистом бетоне тем больше, чем меньше его объемный вес. Коррозия в ячеистом бетоне всегда больше, чем в обычном тяжелом бетоне. Использование перекиси водорода в качестве газообразователя в данном случае значения не имеет. Это объясняется тем, что при разложении перекиси водорода в газобетонном шламе активный кислород в момент его выделения способствует образованию на арматуре пассивирующей пленки окисла. Кроме того, разложение перекиси водорода заканчивается в течение первых 5—7 мин. после ее попадания в цементный шлам. Это подтверждается результатами- исследований поведения металлических пластинок, помещенных в автоклавный газобетон объемным весом 0,8 т/м³. Коррозия исследовалась весовым методом на образцах, изготовленных с различными газообразователями. Результаты этих исследований приведены в табл. 5.

Данные таблицы свидетельствуют о том, что коррозия металла в газобетоне на пергидроле практически такая же, что л в газобетоне на алюминиевой пудре. Результаты этих исследований подтверждают высказанные ранее предположения об образовании пассивирующей пленки окисла на поверхности металла при соприкосновении с кислородом в момент его выделения.

Для защиты арматуры изделий из ячеистых бетонов от коррозии применяют ряд пассиваторов как в виде добавок, вводимых в состав газобетона, так и в виде различных покрытий арматуры. В табл. 6 дается сравнение защитного действия различных пассиваторов при разных способах их применения.

Результаты этих исследований также свидетельствуют о возникновении пассивирующей пленки окисла на поверхности металла, находящегося в газобетоне, изготовленном на пергидроле.

Наиболее эффективный из всех рассмотренных пассиваторов — нитрит натрия. Он уменьшает коррозию металла в газобетоне на пергидроле почти в 2 раза. При использовании алюминиевой пудры коррозия металла не снижается. Эффективна также в качестве меры защиты от коррозии цементно-казеиновая обмазка с добавкой 5% нитрита натрия. Различное влияние нитрита натрия в зависимости от вида применяемого газообразователя объясняется восстанавливающим действием водорода, который выделяется при взаимодействии гидроокиси кальция с алюминиевой пудрой. Эти реакции протекают следующим образом:

Из-за этих побочных реакций снижается пассивирующий эффект добавки ингибитора и ухудшается также вспучивание газобетона.

При введении нитрита натрия в газобетон на пергидроле он оказывается эффективным пассиватором и, как видно из показателей, приведенных в табл. 7, повышает прочность газобетона.

Пассивирующее действие добавок нитрита натрия на коррозию арматуры, заложенной в ячеистый бетон, проявляется и в наиболее суровых условиях испытания при попеременном замораживании и оттаивании.

Так, например, исследование коррозии арматуры, заложенной в газобетон с объемным весом 0,8 т/м³, при испытании за 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания позволило установить следующее. Введение добавок 2%-ного нитрита натрия снижает коррозию арматуры в газобетоне на пергидроле с 31 до 2 г/м², а в газобетоне на алюминиевой пудре — с 33,4 до 3,5 г/м².

Таким образом, нитрит натрия может быть рекомендован для практических целей в качестве пассиватора коррозии арматуры.

Отмечаемое в литературе увеличение коррозии при использовании в качестве газообразователей смеси перекиси водорода и хлорной извести объясняется одновременным воздействием на арматуру атомарного кислорода в момент выделения и хлористого кальция.

Хлористый кальций образуется при взаимодействии перекиси водорода и хлорной извести в количестве, составляющем приблизительно 2% от веса цемента.

Эффективность действия пассиваторов коррозии металлов была установлена и электрохимическими исследованиями, что подтверждается поляризационными кривыми, приведенными на рис. 13.

Кривые 1 и 4 этого рисунка имеют пологий характер. Это означает, что при небольших разностях потенциала наблюдаются большие плотности тока. Следовательно, и коррозия в этом случае велика. Кривая 4 (газобетон на пергидроле) проходит выше кривой 1 (газобетон на алюминиевой пудре) и^за большей степени поляризации и, следовательно, меньшей коррозии в начальные сроки.

По характеру кривой 2 можно судить о том, что при введении добавки нитрита натрия в газобетон на алюминиевой пудре поляризация электродов повышается в незначительной степени, а при газобетоне на пергидроле (кривая 3) резко возрастает. Это указывает на то, что. нитрит натрия более эффективен в качестве пассиватора в газобетоне на пергидроле.

ГАЗОБЕТОН НА ПЕРГИДРОЛЕ
Кандидат технических наук П.Д.Кевеш
Инженер Э.Я.Эршлер
1961