Новые конструкционно-теплоизоляционные легкие бетоны на основе пористых стекловидных заполнителей

При правильном назначении состава бетона обеспечивается первичная защита арматуры от коррозии без дополнительных затрат, апористость таких бетонов регулируется как на уровне заполнителя, так и на уровне растворной составляющей, что позволяет получать структуры, обладающие благоприятной для формирования микроклимата сорбционной влажностью. В связи с этим такие бетоны весьма перспективны для применения в наружных ограждающих конструкциях.

В связи с этим внимание исследователей давно акцентировано на возможности расширения сырьевой базы и производства новых пористых заполнителей, в частности, гравиеподобных, имеющих сплошную оболочку с закрытой пористостью, твердая фаза которых более чем на 90% находится в аморфизированном стекловидном состоянии (в дальнейшем – стекловидных). Большое содержание стеклофазы, полученной от введения в шихту искусственного или природного стекла, и равномерное распределение мелких пор правильной формы является общей особенностью заполнителей такого типа. По данным исследований прочностных показателей стеклофазы заполнителей, проведенных в НИИСМ им. С.А. Дадашева, фактическая прочность материала стенок пор в пористых заполнителях увеличивается в 2 – 2,5 раза при наличии в исходном сырье стеклофазы. Согласно теории, разработанной Онацким С.П. и Петровым Л. К.,повышенная прочность и низкаяплотность стекловидных заполнителей обеспечивается в период поризации и вспучивания кристаллических фаз, имеющихся в исходном сырье и в пиропластической массе. Кристаллические фазы в стеклофазе стенок пор заполнителей армируют их, создают жесткий каркас и повышают прочность заполнителей. Таким образом, стекловидные заполнители имеют повышенные прочностные и теплозащитные свойства и обеспечивают получение эффективных легких конструкционно-теплоизоляционных бетонов с улучшенными показателями деформативно-прочностных и теплозащитных характеристик в сравнении с известными легкими бетонами на обжиговых заполнителях.

К стекловидным заполнителям с частично или полностью аморфизированной структурой зерна относятся: азерит, диолит, пеностеклогранулят (ПСГ), баротелит, пеностекло, вспученный туфоаргелитовый гравий (ВТГ), вспученный витрозитовый гравий (ВВГ) и многие другие заполнители. Все большее распространение получают разработанные в настоящее время новые виды заполнителей этого класса - пеностекло и ПСГ.

Бетоны на гранулированном пеностекле, ПСГ из продуктов переработки стеклобоя и перлитовых пород, вспученном обсидиановом щебне изученыв работах Минского НИИСП, МИСИ им.В.В.Куйбышева, ГИСИ им. В.П.Чкалова, Донецкого ПромстройНИИпроекта,Армянского НИИСА, НИИЖБа и других. Полученные бетоны имели среднюю плотность 500 - 1300кг/м3 при прочности на сжатие от 2 до 15 МПа и коэффициентом теплопроводности 0,126–0,383 Вт/м0С.

Подробно исследованы заполнители с аморфизированной структурой – стеклогрануляты (СГ),изготавливаемые на основе кремнесодержащих пород, такие как вспученный туфоаргеллитовый гравий (ВТГ), пеностеклогрануляты из отходов перлитового производства (ПСГ), вспученный витрозитовый гравий (ВВГ). В общем, суть технологии производства перечисленных заполнителей заключается в расплавлении исходного минерального сырья, вспучивании расплава и быстром охлаждении в течение 30 – 60 мин. В качестве сырья могут быть использованы как искусственное, так и природное стекло, содержащиеся в кремнеземистых породах, таких как туфоаргеллиты, витрозиты, витрофиры, отходы перлитового производства и другие.

Таблица 1. Основные свойства заполнителей по данным исследований

Легкие бетоны, полученные на основе ПСГ и ВТГ, характеризуются наилучшими показателями «прочность–плотность» и превосходят, в частности керамзитобетон, особенно в области низких (до 700 кг/м3) и более высоких (свыше 1000 кг/м3) значений средней плотности бетона, на 10 - 20%. Прочность таких бетонов при марках по плотности D600 – D1000 составляет: на основе ПСГ – 3,2 - 14,2 МПа; на ВТГ – 3,1 - 13,9 МПа; на ВВГ – 1,7 - 14,0 МПа.

Использование бетонов на основе СГдает преимущества перед традиционными бетонами на обжиговых заполнителях (табл. 2). В соответствии с данными исследований, теплозащитная эффективность бетонов на стекловидных заполнителях в сравнении с керамзитобетоном составляет в зависимости от условий эксплуатации и средней плотности составляет: до 19% - для бетона на ПСГ; до 23% - для бетона на ВВГ и до 27% - длябетона на ВТГ, что объясняется высокой пористостью заполнителей и низкой сорбционной влажностью бетонов на их основе (см. рис. 1). По результатам исследований установлено, что бетоны на основе ПСГ, ВТГ и ВВГ обеспечивают защитныесвойства по отношению к арматуре.

Рис. 1 Зависимость коэффициента теплопроводности в сухом состоянии от средней плотности бетона (керамзитобетон, полистиролбетон, ячеистый бетон – по СП 23-101-2003).

Следует отметить, что производство стекловидных заполнителей может быть легко организовано на заводах по производству керамзитового гравия, насчитываемых в стране порядка 200, которые после реконструкции будут способны выпускать до 15 млн. м3 заполнителей в год.

В последние годы получены некоторые новые разновидности стекловидных заполнителей из осадочных кремнеземистых пород, стеклобоя и их смесей различного состава по технологии оплавления с щелочами, такие как порогран (контур), пороглас, неопорм и многие другие. Технологические особенности получения таких пеностеклогранулятов под общим названием «стеклопор» (СП) позволили получить заполнители с насыпной плотностью от 100 до 350 кг/м3 и прочностью при сжатии в цилиндре от 0,7 до 3 МПа.

В настоящее время открыто производство стеновых блоков теплоизоляционного и конструкционно-теплоизоляционного легкого бетона марки «Неопормбетон» на основепеностеклогранулята с насыпной плотностью 120 - 200кг/м3 и прочностью в цилиндре 0,7-3,0МПа. По данным исследований полученные конструкционно-теплоизоляционные бетоны плотностью D 400 - 1200 имеют класс по прочности на сжатие до В1,5 -В12,5, а коэффициент теплопроводности λ0 для бетона плотностью ρ 990, 750, 450кг/м3 составил 0,22, 0,19, 0,12Вт/м0С.

В результате применения легких конструкционно-теплоизоляционных бетонов на основе стекловидных заполнителей для ряда регионов страны возможно проектирование более технологичных однослойных наружных стенбез применения эффективных плитных утеплителей, обладающих высокими теплозащитными свойствами. При этом теплофизическая и гигрофизическая эффективность рассмотренных бетонов, в случае необходимости, обеспечит принятие рациональных проектных решений многослойных ограждающих конструкций в различных климатических условиях, например с применением пеностекол в качестве дополнительного утепления.

Таблица 1.5.2. Сводные тепло- и гидрофизические характеристики легкого бетона на основе ПСГ, ВТГ, ВВГ по данным и керамзитобетонапо данным.