Свойства автоклавных ячеистых бетонов. 2 часть

Несмотря на то, что газобетон является высокопористым материалом (пористость может доходить до 90 %), он не является гигроскопичным. Равновесная влажность газобетонных стен, по данным многочисленных исследований, находится в пределах 4-5 % по массе, а тот же показатель стен из сосны и ели 15-20 % (согласно СП 23-101), то есть в 4 раза выше. После дождя газобетон, в отличие от древесины, быстро высыхает и не коробится. Однако для газосиликата характерна высокая степень водопоглощения, в связи с чем использование изделий из него ограничено в условиях повышенной относительной влажности воздуха (более 60 %). Действительно, при увлажнении ГС его прочность падает, а теплопроводность растет (рис. 11.).

За расчетную прочность ЯБ принимают его прочность при влажности 10 %. Однако даже сильное увлажнение изделий может привести к снижению прочности не более чем на 13 %. Само по себе увлажнение дождем газобетону не вредит: прочность "мокрой" кладки от прочности "сухой" отличается на
~10 % (и то лишь, если промочить кладку насквозь). Капиллярный подсос в газобетоне очень мал: капилляры прерываются сферическими порами, что сильно ограничивает миграцию жидкой влаги, поэтому обычные дожди редко увлажняют кладку глубже чем на 20-30 мм. Отпускная влажность изделий из газобетона составляет 20-30 %. Содержание воды в полностью насыщенном состоянии может достигать 40 % (по массе), но все поры никогда не заполняются влагой. Вместе с тем, для АЯБ характерно быстрое удаление влаги при высыхании. Скорость изменения влажности материалов в стенах зависит от соотношения паропроницаемости и сорбционной влажности (при равных режимах эксплуатации помещений и климатических условиях). Чем выше паропроницаемость и ниже сорбционная влажность, тем активнее происходит высушивание. Газобетонные блоки в равных условиях высыхают до равновесной влажности быстрее, чем древесина. Равновесная влажность в ЯБ материале достигается в среднем через 1,5 года и составляет 4-5 мас. % (рис. 3.12). Впитывание и последующая отдача влаги способствуют созданию благоприятного микроклимата.

Сорбционная влажность ЯБ невелика и обычно составляет около 5 мас. % при относительной влажности воздуха 60 % и 6-8 мас. % при относительной влажности воздуха 90-95 %. Сезонные колебания влажности конструкции, вызванные сорбцией/десорбцией, малы и не приводят к каким-либо значимым изменениям в материале кладки.
Перегородки, отделяющие душевые и ванные комнаты от других помещений здания, подвергаются периодическому одностороннему воздействию влажного воздуха. Но даже такое воздействие не может привести к значимому накоплению влаги в стене. Поэтому внутриквартирные перегородки санузлов и стены душевых в спорткомплексах и бассейнах из автоклавного газобетона широко применяются. С современных заводов газобетон выходит упакованным в термоусадочную пленку, которая обеспечивает возможность открытого хранения поддонов. К началу строительных работ блоки имеют ту же влажность, что и при выходе с конвейера. Во время кладочных работ, если их ведут без укрытия верхнего обреза кладки пленкой, влажность блоков может повыситься. Важно бороться не с водопоглощением как таковым, а с влагонакоплением в конструкции. Последнему может способствовать и неправильно выбранная наружная отделка, например, штукатурка с низкой паропроницаемостью. Поспешное оштукатуривание (особенно простой цементно-песчаной штукатуркой) создает на поверхности газобетонной кладки слой со сравнительно низкой паропроницаемостью. Если это происходит осенью, и в доме включается отопление, то влага из толщи газобетона начинает мигрировать в сторону с меньшим парциальным давлением водяных паров, то есть в сторону холодной улицы. На границе газобетон – штукатурка протекает конденсация водяных паров; пограничный слой переувлажняется и при замораживании может привести к отрыву штукатурки вместе с наружными слоями газобетона. Наружная отделка не должна препятствовать диффузии водяных паров. Идеальной отделкой считают любые навесные вентилируемые фасады с облицовкой декоративными панелями; облицовку лицевым кирпичом с обязательным оставлением воздушного (желательно вентилируемого) зазора 30-40 мм между кирпичом и кладкой из блоков; тонкослойную штукатурку для газобетона; затирку швов между блоками с последующей окраской фактурными паропроницаемыми красками.

На влажностные деформации ЯБ как капиллярно-пористого материала наибольшее влияние оказывают микропоры с радиусом 7,5-60 нм. Если внутренняя поверхность этих пор более 30,5 м 2 /г, то усадка превышает 0,5 мм/м.
В целях получения малоусадочных силикатных автоклавных бетонов рекомендуется создавать условия для того, чтобы:

• цементирующее вещество состояло из низкоосновных силикатов кальция с содержанием тоберморита 1,13 нм не менее половины их общего количества; 
• фаза вяжущего имела удельную поверхность не более 100-150 м 2 /г и характеризовалась теплотой смачивания более 20 Дж/г; 
• поровое пространство включало минимальный объем пор с эффективным радиусом менее 25-30 нм и особенно менее 10 нм; 
• содержание цементирующего вещества в твердой фазе материала было минимально возможным по критерию обеспечения заданного уровня качества по сопротивлению разрушению и прочности.

Усадка при высыхании конструкционно-теплоизоляционных ячеистых бетонов изделий не должна превышать, мм/м: 0,5 – при использовании в составе кварцевого песка; 0,7 – для других видов кремнеземистых компонентов. Величину усадки устанавливают по методике, приведенной в ГОСТ 25485. Для теплоизоляционных ячеистых бетонов усадку при высыхании не определяют.

Удельная эффективная активность естественных радионуклидов Аэфф в ЯБ не должна превышать 370 Бк/кг по ГОСТ 30108. Фактически эта величина для АЯБ составляет до 54 Бк/кг, что соответствует первому классу экологической безопасности (самый низкий уровень выделения радионуклидов). Эта величина обусловлена тем, что усредненная удельная величина активности радионуклидов в России для известняков составляет 22,4 Бк/кг, песка – 40,3 Бк/кг. Для сравнения: та же величина для глины – 102,2 Бк/кг и гранита 126,8 Бк/кг. В связи с этим тяжелый бетон и керамзитобетон соответствуют второму классу (54-120 Бк/кг), а керамический кирпич – третьему (120-153 Бк/кг); в группе материалов с высокой, но допустимой радиоактивностью находятся керамзит и керамическая плитка – от 153 до 370 Бк/кг. 1 м 2 стены из газобетона или дерева имеет радиоактивность менее 2∙10 3 Бк, а из кирпича – (10-18)10 3 Бк.

При оценке экологичности материала обычно рассматривают три аспекта: 

• чистота самого материала; 
• процесс его производства; 
• отношение к окружающей среде в процессе его применения.

Производство ГБ является экологически чистым, так как не сопровождается выбросами вредных веществ и накоплением каких бы то ни было отходов. Экологическая чистота применяемых сырьевых материалов гарантирует полную безопасность газобетонных изделий для человека. Радиационный фон газобетона не превышает 9-11 мкр/ч. ГБ не содержит вредных химических соединений, не выделяет токсичные вещества и по своей экологичности уступает лишь дереву. Но при этом газобетон, в отличие от дерева, не гниет и не стареет, не требует какой-либо специальной обработки токсичными составами для увеличения срока эксплуатации строения. Строительство дома из ГБ наносит гораздо меньший ущерб окружающей среде, чем сооружение деревянного, кирпичного или каркасного строения. Чтобы построить бревенчатый дом площадью 100 м 2 , нужно вырубить 0,1 га соснового леса. Для возведения такого же дома из кирпича нужно добыть более 100 т глины и потратить десятки мегаватт энергии на обжиг сырья. В каркасном доме значительную долю занимают синтетические полимеры. Для строительства дома из ГС достаточно 15 т минерального сырья и несколько мегаватт

Большим преимуществом ГС блоков является широкая номенклатура размеров. Блоки изготавливают толщиной от 50 мм до 500 мм, что удовлетворяет потребности любых потребителей. Многие блоки обладают захватами и замками типа "паз" и "гребень". Блоки из ГС легки в перемещении и укладке (рис. 3.13). Небольшая масса блоков при их больших размерах позволяет в несколько раз увеличить скорость кладки. Простота кладки достигается высокой точностью размеров и формы.

Точная геометрия газосиликата позволяет укладывать блоки на тонкий (1мм) слой специального кладочного раствора (рис. 3.14). Газобетон хорошо обрабатывается любым режущим инструментом, пилится (рис. 3.15), фрезеруется; в блоках легко сделать отверстия для электрических розеток и выключателей, быстро прорезать каналы для электропроводки и труб (рис. 3.16). При этом для обработки можно использовать простые дрели, ножовки, циркулярные пилы непосредственно на месте работ. С помощью ленточной пилы не составляет труда получить доборные блоки.

Благодаря гладким стеновым плоскостям не возникает затруднений с отделкой наружной поверхности; при желании, можно обойтись без штукатурных работ внутри помещений. На газобетон хорошо клеится керамическая плитка. Использование блоков не накладывает никаких ограничений на планировку зданий, его форму или высоту: из блоков может быть построено здание практически любого типа. Вследствие хорошей обрабатываемости газобетона из него можно изготовить разнообразные формы в виде арок, пирамид, эркеров и т.п., что придает дому архитектурную выразительность и неповторимость.

ЯБ находит применение не только в массовом строительстве, но и при сооружении уникальных объектов, таких, например, как Национальная библиотека Белоруссии (рис. 3.17). При устройстве наружных стен, закрытых спайдерным остеклением, использовали как ЯБ блоки, так и армированные стеновые панели. Блоки применили и для устройства перегородок. Наружные стены и перегородки стилобата и лифтового ствола также устроены с применением ЯБ.

Автоклавный газобетон – это материал, обеспечивающий экономию сырья и энергии в процессе его производства, строительных работ, а также эффективные энергосберегающие свойства готовых зданий (табл. 6., 7.).

Изделия из ЯБ имеют оптимальное соотношение цена – качество. Газобетон – самый экономный материал по затратам материальных ресурсов: из 1 м³ сырья образуется 4-5 м³ автоклавного ГБ (см. рис. 1.2). Автоклавная обработка позволяет получать изделия с достаточно высокой прочностью при пониженном расходе вяжущего. Удельные капитальные вложения, учитывающие сопряженные затраты на производство сырьевых и вспомогательных материалов, топливно-энергетических ресурсов для стен из ячеистого бетона в 1,5 раза меньше, чем из керамзитобетона. Энергоемкость производства (с учетом производства вяжущих и заполнителей) ЯБ панелей по сравнению с керамзитобетонными панелями меньше примерно в 2,0 раза, а ЯБ блоков в 1,8-2,7 раза меньше, чем керамических камней и керамического кирпича; расход тепловой энергии при эксплуатации таких зданий (в расчете на 1 м 2 стены) меньше на 10-40 %. По данным Федерального союза производителей силикатного кирпича (Германия) в производстве ЯБ общий расход энергии, кВт∙ч/м 3 , в среднем составляет 324, пустотного керамического кирпича – 616, а для плотного керамического кирпича – около 900. Применение блоков из ячеистого бетона в стенах зданий вместо кирпича сокращает в 1,4-2 раза трудоемкость строительства. За счет относительно больших габаритов газобетонного блока и его малой массы возрастает скорость строительства, уменьшаются трудозатраты, не требуются специальные подъемные механизмы. Точность размеров позволяет класть блоки на клеевые смеси с минимальной толщиной шва, что существенно снижает последующие теплопотери. Клей стоит примерно в 2 раза дороже простой цементно-песчаной смеси при 5-6- кратном меньшем расходе. Конструкции из блоков удовлетворяют требованиям по энергосбережению при существенно меньшей толщине, что способствует не только экономии материалов, но и позволяет увеличить полезную площадь внутренних помещений, что уменьшает общую стоимость возводимого здания. Как показывает опыт многих стран, использование ячеистых блоков вместо кирпича и обычного тяжелого бетона с утеплителем в несколько раз снижает затраты на строительство всех видов сооружений и сроки строительных работ. Это происходит за счет следующих факторов: 

• уменьшение толщины стены при сохранении теплоизолирующих свойств; 
• снижение транспортных расходов; 
• облегчение фундамента и каркасных конструкций; 
• сокращение трудозатрат на кладку, отделку, доводку стен; 
• экономия цементного раствора, штукатурки, шпаклевки; 
• простота обработки: изделия легко пилятся, строгаются, рубятся, сверлятся, гвоздятся обычными инструментами; 
• существенное снижение расходов на последующую отделку стен, так как стены легко оклеиваются обоями и окрашиваются; 
• высокая производительность труда при кладке.

Внешние стены из ячеистого бетона можно оставлять без отделки. Чтобы удовлетворить требования ЕС по энергосбережению, достаточно использовать только автоклавный газобетон, в то время как тяжелый бетон, керамический и силикатный кирпич могут использоваться только в комбинации с изолирующими материалами, что влечет за собой дополнительные расходы. Как показывает практика строительства, несколько большие капитальные вложения в строящийся дом, в частности в его наружные стены, впоследствии окупаются за счет экономии энергоресурсов на отопление, особенно в условиях постоянного роста цен на энергоносители. В индивидуальном секторе жилых домов ячеистый бетон занимает ведущее место. Благодаря уникальному сочетанию теплоизолирующих и прочностных характеристик ячеистый газобетон является единственным строительным материалом, который может использоваться для полного строительства всего дома от фундамента до несущих и ограждающих стен, перегородок, перекрытий, лестниц (рис. 18..).

ГБ можно применять не только в виде блоков, но и заливать им крыши, полы, утеплять трубы, изготавливать сборные блоки и панели. Газобетонной смесью более высокой плотности можно заливать этажные перекрытия и фундаменты. Газобетон сохраняет свои свойства на протяжении всего срока службы здания.

В настоящее время на продукцию из ячеистого бетона имеется следующая нормативно-техническая документация: 

• ГОСТ 31359-2007. Бетоны ячеистые автоклавные. Технические условия; 
• ГОСТ 31360-2007. Изделия стеновые неармированные из ячеистого бетона автоклавного твердения. Технические условия; 
• ГОСТ 11118-2009. Панели из автоклавных ячеистых бетонов для наружных стен зданий; 
• ГОСТ 25485-89. Бетоны ячеистые. Технические условия; 
• ГОСТ 21520-89. Блоки из ячеистых бетонов стеновые мелкие. Технические условия; 
• ГОСТ 19570-74 ** . Панели из автоклавных ячеистых бетонов для внутренних несущих стен, перегородок и перекрытий жилых и общественных зданий; 
• ТУ 5830-012-26922719-99. Блоки из ячеистых бетонов стеновые. Технические условия.

Основные документы – ГОСТ 31359-2007, ГОСТ 31360-2007 – были приняты Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и стандартизации в строительстве 21.11.2007 г. и введены в действие на территории России в качестве национальных стандартов. В принятых стандартах был устранен ряд ограничений, упорядочены разграничения бетонов по видам, табличные требования заменены параметрическими рядами, произведена унификация требований к материалам и определен исчерпывающий перечень показателей качества бетонов и изделий из них. С момента опубликования этих стандартов производство и применение автоклавного газобетона в России стало окончательно узаконенным. Данные стандарты имеют статус межгосударственных, приведены в соответствие с гармонизированным стандартом Евросоюза EN 771-4:2003 в части требований к стеновым изделиям (masonry units) и содержат положения EN 1745:2002 в части коэффициентов теплопроводности бетонов при расчетной влажности.
Однако и по сей день остается нерешенным целый ряд проблем. На новых заводах освоен выпуск изделий плотностью 350-400 кг/м 3 с классом по прочности при сжатии B1,5 и более. Изделия из бетонов с такой прочностью могут использоваться не только в качестве теплоизоляционных, но и как стеновые блоки, работающие в нагружаемой кладке. Учитывая то, что для бетона с объемной массой 400 кг/м 3 коэффициент теплопроводности при влажности 4 % составляет всего 0,113 Вт/(м∙К), такие изделия позволяют возводить однослойные наружные стены приемлемой толщины, не требующие дополнительного утепления, на значительной части территории России. Однако действующая в России нормативная база этого не учитывает, относя автоклавные бетоны марки по средней плотности ниже D500 к категории теплоизоляционных. Поэтому изделия из таких бетонов формально не могут учитываться в прочностных расчетах. Проектные организации, руководствуясь буквой этих документов, зачастую не используют ячеистый бетон плотностью меньше 500 кг/м 3 даже в расчетах поэтажно опертых стен на действие ветровых нагрузок. Таким образом, складывается абсурдная ситуация: промышленность готова поставлять строителям ячеистобетонные изделия нового поколения, а существующая нормативная база это запрещает. В настоящее время завершается подготовительная работа над документами, заменяющими устаревшие ГОСТ 21520-89 и ГОСТ 25485-89. Принципиальные отличия новых документов сводятся к следующему.
1. Во вновь разработанные стандарты включен только автоклавный ячеистый бетон, так как неавтоклавный ячеистый бетон по своим физикомеханическим свойствам, области применения, сырьевой базе, технологии изготовления и другим характеристикам существенно отличается от АЯБ и требует отдельного нормативного документа.
2. В новых стандартах изменен подход к делению бетонов на теплоизоляционные и конструкционно-теплоизоляционные. Единственным признаком конструкционности объявлена прочность при сжатии. Таким образом, к конструкционно-теплоизоляционным отнесены все автоклавные ячеистые бетоны, имеющие класс по прочности при сжатии В1,5 и выше, вне зависимости от плотности. Этим снято ограничение, существовавшее в ГОСТ 25485-89 для автоклавных бетонов, относившее бетоны с маркой по средней плотности менее D500 к теплоизоляционным материалам и исключавшее возможность их применения в качестве нагружаемого слоя несущих и/или ограждающих конструкций.
3. Коэффициенты теплопроводности λ для сухого материала приняты на основании результатов обобщения многочисленных исследований, проведенных в России и за рубежом, и соответствуют данным, приведенным в гармонизированном Евростандарте EN 1745:2002.
4. Равновесную влажность автоклавного ячеистого бетона определяют по результатам обследований конструкций в конкретном регионе. Многочисленные экспериментальные исследования показали, что у ячеистых бетонов, изготовленных на смешанном вяжущем и песке, равновесная влажность в нормальных условиях эксплуатации (условия А) составляет 3,5–5 %, а во влажных условиях (условия Б) составляет 4,5–6 %. Поэтому для нормальных условий эксплуатации (условия А) равновесная влажность принята равной W = 4 % вместо 8 %, а для влажных условий эксплуатации (условия Б) равновесная влажность наружных стен принята равной W = 5 % вместо 12 %, указанных в СНиП 23-02-2003 и СП 23-101-2004.
5. По аналогии с EN 771-4: 2003 в новых стандартах исключено требование безусловного ограничения отпускной влажности ячеистого бетона, которое предписывало ограничивать при отпуске потребителю влажность бетонов на основе песка величиной 25 % по массе, а бетонов на основе зол и других отходов производства – 35 %. Известно, что отпускная влажность не является физико-механической характеристикой материала и не учитывается при прочностных или теплотехнических расчетах конструкций. Для обеспечения 25 % отпускной влажности смесь надо формовать при водотвердом отношении В/Т ≤ 0,5 ("густые" смеси) с использованием ударной или вибротехнологии. Однако большинство заводов работает на оборудовании фирм "Hebel", "Wehrhahn" и др. с применением литьевых технологий при В/Т = 0,62-0,64. Исключением является немецкая фирма "Masa-Henke", которая поставила смеситель и ударные площадки, позволяющие формовать смесь с В/Т = 0,48, на Сморгонский завод в Белоруссии.

Источник информации: Косенко, Н.Ф. Химия и технология автоклавного ячеистого бетона: учеб. пособие /Н.Ф. Косенко, П.И. Моисеев; Иван. гос. хим.-технол. ун-т. – Иваново, 2014. – 273 с. ISBN 978-5-9616-0490-0