В последнее время, после внесения в 1995 г. изменений в СНиП-3-79 “Строительная теплотехника”, согласно которым требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций увеличено в 2-3 раза по сравнению с ранее действовавшими нормами становится все более актуальной проблема увеличения объёма выпуска эффективных стеновых материалов с высокими теплозащитными свойствами.

Наиболее конкурентноспособным в сложившейся ситуации является пенобетон, который при средней плотности от 500 до 1600 кг/м3 обладает прочностью от 2 до 25 МПа [1]. При этом пенобетон может использоваться и как конструкционный, и как теплоизоляционный материал. Важные преимущества изделий из пенобетона – однослойность и монолитность, что делает их в процессе эксплуатации более стойким к воздействию механических усилий, влаги, перепада температур, усадочных и расширяющих деформаций по сравнению с многослойными конструкциями. В таблице 1 приводятся значения прочности пенобетона, требуемой по ГОСТ 25485-89, изготовленного с применением портландцемента.

Таблица 1. Значения прочности пенобетона на основе портландцемента при сжатии

Задача снижения средней плотности бетона ячеистой структуры с одновременным повышением физико – механических характеристик может быть решена за счёт использования высокопрочных быстротвердеющих вяжущих, к которым относятся прогрессивные шлакощелочные вяжущие.

Для приготовления шлакощелочного пенобетона рекомендуется тонкий помол шлака (Sуд  до 350 – 400 м2/кг), так как при грубом и сверхтонком помоле шлаков увеличиваются деформации усадки при твердении

В качестве пенообразователей применяются те же вещества, что и для цементных пенобетонов.

По характеру взаимодействия со шлаком щелочные компоненты делят на: несиликатные соли, силикатные соли, едкие щёлочи. Особенно целесообразно использовать жидкое стекло, которое выполняет две функции: в сочетании с пенообразователем является компонентом технической пены и одновременно -- компонентом шлакощелочного вяжущего.

Управление процессами интенсификации структурообразования шлакощелочных пенобетонов достигается за счёт использования структурообразующих добавок. Так, введение в доменный гранулированный шлак с Мо=0,87 извести (0,5-1,0% в пересчёте на активный СаО) или клинкера (1-5% от массы шлака) позволяет ускоренно фиксировать полученную ячеистую структуру и управлять процессом твердения пенобетонов в широких пределах, независимо от основности шлака. Увеличение содержания добавки клинкера свыше 5% нецелесообразно ввиду быстрого схватывания.

Ячеистобетонный сырец достигает Рm = 0,03 МПа, достаточной для распалубливания и резки массива, уже через 30 – 90 минут при введении 20 – 40 % сталеплавильного шлака.

В монографии Багрова Б.О. [2] утверждается, что "избежать недобора прочности пропаренного ячеистого бетона можно путем дополнительного введения в раствор девятиводного метасиликата натрия (как щелочного активизатора) едкой щелочи, а также введения добавок, образующих при гидролизе щелочноземельные катионы (Ca2+, Mg2+,Ba2+)". К таким добавкам можно отнести известь, портландцемент. В таблице 2 приведены экспериментальные данные[2], показывающие влияние на прочность ячеистого бетона этих добавок.

В наших опытах использовались следующие материалы:

--пенообразующая добавка ПБ-2000, дающая в жидком стекле пену с высокой стойкостью, равномерно распределенными и близкими по размеру пузырьками воздуха (0,5-0,8 мм);

--нейтральный шлак Череповецкого металлургического комбината с удельной поверхностью 350 м2/кг;

--жидкое стекло с силикатным модулем от 1,5 до 2,0.

Таблица 2. Зависимость прочности при сжатии пропаренного шлакощелочного ячеистого бетона плотностью 700 кг/м3 от ряда факторов, влияющих на активность девятиводного метасиликата натрия

Образцы изготовлялись по методу сухой минерализации пены, который позволяет направленно регулировать структуру пенобетона [3]. Этот метод заключается в следующем: при введении в пену сухой смеси происходит её минерализация, т.е. частицы смеси равномерно распределяются на поверхности воздушных пузырьков, и образуется пенобетонная масса с фиксированной структурой.

Пропаривание проводилось по режиму 3+3+3 с температурой изотермической выдержки 80оС.

Результаты испытаний образцов на прочность приведены в таблице 3. Как видно из данных этой таблицы, на прочность шлакощелочного пенобетона существенно влияет возраст шлака с момента его помола: чем меньше возраст шлака, тем интенсивнее идет твердение; пластическая прочность состава 4 достигает значения 0,03 МПа уже через 40 мин. Эффект увеличения прочности после ТВО достигается за счет формирования силикатного камня повышенной прочности и формирования оптимальной структуры порового пространства, характеризующегося равномерным распределением в объеме конструкционной фазы замкнутых пор с близкими по размеру межпоровыми перегородками. Добавка цемента интенсифицирует твердение шлакощелочного ячеистого бетона и в более ранние сроки (менее 1 сут.). Так, пластическая прочность состава 2 достигает значения 0,03 МПа через 1 час; для сравнения, у аналогичного состава без добавки портландцемента - через 1 час 50 мин.

Таблица 3. Прочность шлакощелочного пенобетона.

Внедрение технологии производства шлакощелочного пенобетона позволит рационально использовать минеральные, топливные и энергетические ресурсы; улучшить физико-механические и эксплуатационные свойства изделий.

С анализом российского рынка металлургических и топливных шлаков Вы можете познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок шлаков в России».

А.И. Кисленко,
Петербургский государственный университет путей сообщения

www.newchemistry.ru