Газобетон состав: состав, виды, характеристики, плюсы и минусы

Все продукты AAC хорошо подходят для противостояния пожарам , землетрясениям и другим стихийным бедствиям .

AAC достигает максимально возможного уровня пожарной безопасности и может выдерживать до 4 часов прямого воздействия огня. Он негорюч и классифицируется как Еврокласс A1.

Легкая, несущая конструкция и высокая прочность на сжатие газобетона также способствуют тому, чтобы быть идеальный строительный материал для районов, подверженных землетрясениям и ураганам .

AAC Состав

Автоклавный газобетон состоит из уникальной комбинации молекул Tobermorite 11A и воздушных пор. Тоберморит 11А представляет собой молекулу, которая после создания не может физически разлагаться под воздействием тепла, гниения, коррозии или других химических процессов и поэтому очень прочна.

Изделия из газобетона производятся с использованием смеси широкодоступного сырья, такого как песок, цемент, известь и гипс. Сырье смешивают с водой, добавляют очень небольшое количество алюминиевой пудры и заливают в большие формы.

Химия газобетона

История газобетона

Автоклавный газобетон как строительный материал промышленно производится с начала 20 века. В разделе ниже вы прочтете об относительно короткой истории этого долговечного строительного материала. Расширенную версию статьи «История автоклавного газобетона» можно найти в экспертной статье, опубликованной в нашем разделе загрузок.

Первые дни

Первые разработки в истории автоклавного ячеистого бетона основаны на серии патентов на технологические процессы. В 1880 году немецкий исследователь Михаэлис получил патент на свои процессы отверждения паром. Чех Гофман успешно испытал и запатентовал в 1889 году метод «аэрации» бетона углекислым газом. Американцы Эйлсворт и Дайер использовали алюминиевый порошок и гидроксид кальция для получения пористой цементной смеси, на которую они также получили патент в 1914 году.20 он запатентовал способ приготовления аэрированной смеси известняка и молотого сланца (так называемая «известковая формула»).

Скачать статью

Пористость и механическая прочность автоклавного ячеистого бетона

На этой странице и 25 мас.% портландцемента. В качестве пенообразователя использовали алюминиевый порошок в количестве от 0,2 % до 0,8% по массе, получая образцы с различной пористостью. Результаты показывают, что образцы с более высоким содержанием алюминия демонстрируют слияние пор, что может объяснить более низкую пористость этих образцов. Пористость, полученная при использованном в исследовании содержании алюминия, была высокой (около 80%), что объясняет низкую механическую прочность исследованных ячеистых бетонов (максимум 0,62 МПа). Тем не менее, сравнивая результаты, полученные в этом исследовании, с результатами для низкотемпературного глинистого газобетона аналогичного состава, можно отметить, что автоклавирование эффективно для повышения механической прочности материала.

1. Введение

Ячеистый бетон представляет собой затвердевший портландцементный раствор, который был аэрирован перед схватыванием для получения однородной пустотной или ячеистой структуры, содержащей 50–80 объемных % или более пузырьков воздуха, пустот и капиллярной пористости [1]. ]. Тепло- и звукоизоляция и огнестойкость — вот некоторые из свойств, которые делают ячеистый бетон очень интересным материалом для применения в строительстве [2–4].

Существует множество возможных способов производства ячеистого бетона. Различные составы вместе с различными методами отверждения могут использоваться для получения различных конечных свойств, таких как плотность, механическая прочность, тепловая и акустическая проводимость [1].

Конечные свойства ячеистого бетона во многом зависят от его пористости, которую можно изменять, изменяя тип и содержание пенообразователя. Очень пористый материал обладает превосходными тепло- и звукоизоляционными свойствами из-за большого количества вовлеченного воздуха. Однако эти свойства достигаются в ущерб механической прочности, которая снижается с увеличением объема пор. Поэтому характеристика пористости и ее влияние на механическую прочность ячеистого бетона является очень важным фактором, подлежащим анализу при производстве такого материала.

Некоторые исследования [5] показывают, что при той же пористости и составе механическая прочность ячеистого бетона может быть повышена путем изменения способа твердения. Автоклавный газобетон (AAC), то есть отвержденный под давлением пара при температурах между и обычно имеет более высокую прочность на сжатие, чем бетоны из неавтоклавного газобетона (NAAC), отвержденные влажным способом при комнатной температуре. Кроме того, при автоклавировании материал достигает своей окончательной микроструктуры, тогда как НААК претерпевает со временем микроструктурные изменения и, как следствие, медленные и постепенные изменения своей механической прочности [5].

Композиция ячеистого бетона на каолинитовой глинистой основе была исследована Goual et al. [6–8]. В своих исследованиях глиняный ячеистый бетон (CCC), как он был обозначен, отверждался во влажном состоянии при относительной влажности 90%. Поскольку реакции между каолинитом и портландцементом при комнатной температуре протекают очень медленно, этому материалу могут потребоваться месяцы, прежде чем будет достигнута его окончательная механическая прочность. Инновация, предложенная в этой статье, связана с использованием автоклава для улучшения свойств материала этого вида ячеистого бетона.

Это исследование направлено, в частности, на изучение пористости и механической прочности автоклавного глиняного ячеистого бетона (ACCC) и сравнение результатов с результатами, представленными CCC с аналогичными составами, о которых сообщалось в литературе.

2. Экспериментальный

2.1. Материалы

Используемая глина состояла из 98,3% каолинита (Caulina Minérios, Бразилия), а цемент представлял собой стандартный портландцемент с высокой начальной прочностью (CP V-ARI-RS, Votorantim, Бразилия). Алюминиевый порошок представлял собой Stanlux Flake CL 4010 (Aldoro, Бразилия) со средним размером частиц 16 мкм. Для повышения удобоукладываемости глиняно-цементного теста использовали суперпластификатор на основе поликарбоксилата (Glenium 51, BASF, Германия) (32 мас.% сухих веществ).

2.2. Композиции

Автоклавный глинисто-ячеистый бетон (АССС) получали путем аэрации водной пасты каолинитовой глины и портландцемента с использованием алюминиевой пудры в качестве пенообразователя. Порошок алюминия реагирует с раствором щелочи, который выделяется во время реакции гидратации, с образованием пузырьков газообразного водорода [7]. В конце процесса вспенивания водород уходит в атмосферу и замещается воздухом, который удерживается в виде пузырьков в пасте, превращаясь в сферические поры после полного схватывания цемента, образуя ячеистую структуру [6].

Были проанализированы четыре композиции, отличающиеся количеством используемого алюминиевого порошка. Количества, рассчитанные в процентах по массе сухих глиняно-цементных материалов, были следующими: 75 % масс. глины, 25 % масс. цемента, 65 % масс. воды и суперпластификатора на основе поликарбоксилата (0,8% масс., масс. по отношению к сухим материалам), к которым добавляли от 0,2 % до 0,8% по массе алюминиевой пудры с шагом 0,2%. Образцы в этом исследовании были обозначены как A2 для 0,2, A4 для 0,4, A6 для 0,6 и A8 для 0,8  вес.% алюминия.

2.3. Подготовка образцов

В этом эксперименте глину и цемент смешивали в сухом виде в планетарном смесителе на низкой скорости в течение 2 минут. Затем постепенно добавляли воду, продолжая перемешивание на низкой скорости еще 2 минуты. Делали короткую 1,5-минутную остановку перемешивания для того, чтобы соскоблить материал, прилипший к стенкам емкости для смешивания. Затем смесь гомогенизировали при низкой скорости в течение 1 минуты, а затем в течение 2 минут при высокой скорости. Добавляли суперпластификатор, в то время как смеситель оставался остановленным в течение 30 секунд. После добавления этой добавки пасту перемешивали на низкой скорости в течение 1 минуты и затем останавливали еще на 30 секунд для добавления алюминиевого порошка, который перемешивали и гомогенизировали в пасту в течение 1 минуты на низкой скорости.

По восемь образцов каждой смеси отливали в цилиндрические (50  100 мм ³ ) металлические формы, предварительно смазанные маслом для облегчения извлечения из формы. Через шестнадцать часов после формования лишние расширенные участки отрезали. Через 48 часов образцы извлекали из форм и выдерживали во влажном помещении при температуре 25°С и относительной влажности 90% в течение 2 дней, после чего автоклавировали при 12°С и 12°С в течение 10 часов. Перед началом экспериментов образцы высушивали в сушильном шкафу при температуре 70°С до достижения постоянного веса.

Микроструктуру и фазы АССС сравнивали с микроструктурой и фазами низкотемпературного глинистого ячеистого бетона, отвержденного при температуре окружающей среды во влажной комнате при температуре 25°С и относительной влажности 90% в течение 21 дня.

2.4. Плотность, пористость и механическая прочность

Относительная плотность ячеистого бетона соответствует отношению между кажущейся плотностью (геометрически измеренной) ячеистого материала и плотностью твердого вещества, составляющего матрицу этого ячеистого материала [9]. ]: Пористость определяется выражением [9]

Для измерения образцов АССС из центра 2 образцов каждого состава были вырезаны диски диаметром приблизительно 50 15 мм ³ . Затем были измерены их масса и относительные размеры для расчета объема, при этом кажущаяся плотность определялась по (3) где определяется по геометрической формуле расчета цилиндрического объема.

Для измерения использовали гелиевый пикнометр (Multipycnometer, QuantaChrome, США). Для этого анализа были измельчены репрезентативные образцы каждого состава. Для измерения использовали приблизительно 4  г порошка каждого состава. Всего было проведено 10 измерений для каждого образца порошка, при этом окончательное значение было получено как среднее арифметическое.

Для определения механической прочности образцов пять цилиндрических образцов (50  100 мм ³ ) каждого состава были испытаны на универсальной машине для механических испытаний (DL 20000, Emic, Бразилия) в соответствии с бразильским стандартом [10]. Базовые поверхности образцов были покрыты гипсом для получения плоских и параллельных поверхностей. Используемая скорость нагрузки составляла 1 мм/мин.

2.5. Микроструктура и фазовый анализ

Продукты в этой работе были охарактеризованы с помощью рентгеновской дифрактометрии (XRD, Phillips, model Xpert, Нидерланды) и сканирующей электронной микроскопии (SEM, Phillips, Нидерланды).

3. Результаты и обсуждение

3.1. Плотность и пористость

На рис. 1 показаны кажущаяся плотность и пористость проанализированных образцов ACCC в зависимости от процентного содержания порошка алюминия. Как можно заметить, плотность не менялась, как ожидалось, для различных количеств Al. Как правило, плотность ячеистого бетона уменьшается по мере увеличения процентного содержания пенообразователя из-за большего количества образующихся пор. Однако в данном случае такое поведение как раз наблюдалось для образцов с 0,2 и 0,4 мас.% Al. Для образцов с большим количеством порошка Al плотность увеличилась. Такое же аномальное поведение было отмечено для пористости образцов АССС. Пористость увеличилась между образцами А2 и А4, но впоследствии уменьшилась для образцов А6 и А8, достигнув более высокого значения на образце А4 (83,2%).

Анализ поверхности изломов образцов АССС показал, что смеси А6 и А8 имеют поры неоднородной формы, которые больше, чем наблюдаемые для смесей А2 и А4, что свидетельствует о слиянии пор смесей с более высоким содержанием Al. Это может объяснить неожиданные результаты для плотности и пористости. На рисунках 2(а) и 2(б) показана поверхность излома образцов А2 и А8 соответственно.

При слиянии пор они приобретают больший объем и стремятся вырваться из материала [1] из-за более сильных сил, действующих на них со стороны флюида (плавучесть, оказываемая вяжущей массой на пузырьки газа). Таким образом, часть газа, образующегося во время реакции между Al и гидроксидами, не эффективна для образования пор, что приводит к более низкой пористости образцов A6 и A8.

Фактором, который может объяснить слияние пор, произошедшее в этих образцах, является высокая реакционная способность порошка алюминия, использованного в этом исследовании. Как показано на Рисунке 1, содержания Al 0,2  вес.% уже достаточно для получения пористости 81,8%. При добавлении более высоких концентраций Al количество образовавшихся пузырьков водорода могло быть настолько большим, что они более устойчиво сливались, чем оставались изолированными. Коалесценция обеспечивает минимизацию общей площади поверхности пор, что приводит к более стабильной конфигурации системы [11].

Возможными решениями этой проблемы могут быть минимизация количества суперпластификатора, используемого для повышения вязкости вяжущей пасты, чтобы предотвратить выход пузырьков водорода, и оптимизация количества используемого алюминиевого порошка (Stanlux Flake CL4010), так как меньшего количества этого порошка достаточно для получения высокой пористости.

3.2. Механическая прочность

Механическая прочность образцов ACCC соответствовала результатам по плотности и пористости, то есть более высокая пористость приводила к более низкой механической прочности, что можно наблюдать на рисунке 3.

Различные значения механической прочности на сжатие, представленные образцами, проанализированными в этом исследовании, являются следствием их клеточной морфологии. В образцах А2 и А4 из-за большего количества и равномерного распределения пор межпоровые перемычки тоньше, что придает материалу меньшую прочность. Однако в образцах А6 и А8, хотя поры больше из-за коалесценции, распорки толще, что привело к более высокой прочности на сжатие. Даже в этом случае полученные значения были очень низкими, достигая максимума 0,62  МПа для состава A8 (пористость 78,23%).

Согласно Гибсону и Эшби [9], механическая прочность ячеистого материала является потенциальной функцией его относительной плотности, следующей уравнению: где – механическая прочность абсолютно плотного материала, – геометрическая константа пропорциональности, его пористость и эмпирический показатель.

С помощью этого уравнения на основании данных, представленных в литературе [6], были оценены значения механической прочности, которые имели бы образцы CCC, если бы они имели такую ​​же пористость, что и образцы ACCC, проанализированные в этом исследовании. Сравнение показано на рис. 4.9.0003

Можно заметить, что значения механической прочности, оцененные для образцов CCC, значительно меньше, чем значения, измеренные для ACCC с той же относительной плотностью. Это позволяет сделать вывод об эффективности автоклавирования при упрочнении ячеистого бетона на глинистой основе, так как при одинаковом значении пористости прочность на сжатие АССС существенно выше, чем у СССС, твердеющего при комнатной температуре.

Поскольку более высокая прочность на сжатие, проанализированная в этом исследовании, составила 0,62 МПа для образца с 0,8 мас.% Al, становится ясно, что необходимо уменьшить количество используемого порошка Al, чтобы получить образцы с более низкой пористостью и, следовательно, более высокая механическая прочность для соответствия спецификациям. Однако, если цель состоит в том, чтобы использовать материал с такой же пористостью, как и проанализированные здесь, следует исследовать некоторые изменения в составе.

3.3.

Кристаллические фазы АССС сравнивали с фазами глинистого ячеистого бетона, отвержденного при относительной влажности 90 % в течение 21 дня (рис. 5). В обоих случаях можно наблюдать пики каолинита и галлуазита из непрореагировавшей глины. Относительная интенсивность пика кальцита снижается при автоклавировании CCC, что приводит к образованию тоберморита. Типичные игольчатые структуры тоберморита [12, 13] более заметны в образце ACCC (рис. 6(b)) по сравнению с отвержденным CCC. при низкой температуре (рис. 6(а)).

4. Выводы

Данное исследование было направлено на изучение влияния автоклавной выдержки на механическую прочность ячеистого бетона на глинистой основе. Были проанализированы пористость и механическая прочность образцов разного состава, отличающихся только содержанием Al, и результаты сопоставлены с литературными данными для глинистого ячеистого бетона, отвержденного при комнатной температуре (CCC).

По результатам можно сделать следующий вывод. (i) Образцы с содержанием алюминиевого порошка от 0,6 до 0,8% производили столько водорода, что поры больше не оставались дискретными, то есть поры сливались до такой степени, что избыток водорода может сбежать из матрицы. Это означает, что, вероятно, оптимальный уровень добавления алюминия находится в диапазоне от 0,4 до 0,6% для получения максимальной пористости. (ii) Механическая прочность образцов ACCC варьировалась в зависимости от их пористости, то есть она увеличивалась по мере уменьшения пористости. . Однако полученные значения были очень низкими, достигая максимума 0,62  МПа для образца с более низкой пористостью (78,23%). (iii) Путем экстраполяции данных, представленных в литературе [6] для образцов CCC, было обнаружено, что, при одинаковой пористости и составе автоклавный глинисто-ячеистый бетон (АССС) демонстрирует значительно более высокую механическую прочность, чем ССС, что показывает, что автоклавирование эффективно укрепляет этот тип материала. пористость и повысить механическую прочность. Другой возможностью может быть изменение твердофазного состава исследуемого здесь АССС.

Благодарности

Авторы выражают благодарность г-ну Zanon и г-ну Nogara из Celucon (Criciúma, SC, Бразилия) за предоставление алюминиевого порошка, используемого в этом исследовании, а также за разрешение использовать их автоклав для нашей экспериментальной работы.

Ссылки