В данной статье исследуются свойства, основные характеристики и области применения грунтобетона. Рассматривается возможность использования глин разной природы как матричной основы конструирования композита.

Основу грунтобетона как композиционного материала составляют глинистые породы – кембрийская глина или суглинок, активность которых зависит от дисперсности среды, концентрации ионов металла, РН среды, а также определяется природой (генезисом) глинистой породы, включая содержания в ней примесей.

Разработан и получен грунтобетон нормального и ускоренного твердения, в основе которого лежит применение кембрийской глины из забоя строящегося метро Санкт-Петербурга в комплексе с полиминеральной активной смесью (ПМАС), состоящей из отходов промышленности (нефелиновый шлам, фторангидрид, доменный шлак). Применение грунтобетона в производстве строительных изделий и конструкций позволяет обеспечивать высокую технико-экономическую эффективность и экологическую рациональность технологии, что способствует расширению сырьевой базы строительства в целом. Реализация подобных материальных резервов минерального сырья связана с возможностью управления процессами ускоренного структурообразования, способного обеспечить достаточно высокие физико-механические и деформативные характеристики грунтобетона [см. Комохов П.Г., Сватовская Л.Б., Комохов А.П. и др. Особенности структурной механики безобжиговых алюмосиликатов // Цемент. 1990, №5. С.2–6; Комохов А.П. Особенности структурообразования и свойства грунтобетона // Труды III научно-практической конференции по ресурсосберегающим технологиям. Самара, 2002. С.112–120; Комохов А.П. Высокоэффективная технология грунтобетона как современного композиционного материала // Строительство и реконструкция. 2002, №2. С.25–28].

Основной активной составляющей структурной фазы данного вида бетона является глинофторнефелиновое комплексное вяжущее, его воздействие на гидратационную активность и на процессы структурообразования композиционного материала.

Вопросы изучения прочности грунтобетона на основе системы “глинистая порода – активатор ПМАС” играют первостепенную роль в оценке качества формируемой структуры данной твердеющей системы исходных материалов. Составы вяжущего и бетона на его основе приведены в таблице 1.

Пенобетон относится к виду ячеистых бетонов, которые, в свою очередь, относятся к классу воздухонаполненных материалов (аэроматериалов), в которых большую часть объёма занимает воздух.

В класс аэроматериалов входят ячеистые бетоны, пенопласты, пористая керамика, насыпные неуплотнённые материалы, минеральная и органическая вата, древесина, войлок, снег, пух, шерсть, овчина, пневмоконструкции, автокамеры (в рабочем состоянии) и т. д. Наличие воздуха в этих материалах обеспечивает теплоизолирующие и амортизационные функции.

Ячеистым бетоном называется искусственный легкий материал из неорганических материалов, в которых основным структурным элементом является воздух (от 40 до 95 % по объёму).

При приготовлении пенобетона воздух вводится с помощью отдельно приготовленной пены или скоростным перемешиванием (взбиванием) растворных смесей с поверхностно-активными добавками, снижающими поверхностное натяжение воды и удерживающими вовлечённый при перемешивании воздух.

В пенобетонах с помощью специальных поверхностно-активных добавок (ПАВ) создаётся система сферических ячеек диаметром от 0,1 до 2 мм в неограниченной матрице ( например в цементно-песчаной). Проще говоря, пенобетон - это взбитый (аэрированный, поризованный) цементный раствор. Его пористость создаётся не только сферическими ячейками, но и капиллярными порами, образующимися от гидратирующей и избыточной воды затворения (контракционная и капиллярная пористость). Поэтому содержание воздуха в пенобетонах может достигать 95 %. Однако, могут быть пенобетоны, которые изготовляют с небольшим количеством воздуха для повышения их морозостойкости и кавитационной стойкости, но при сохранении высоких прочностных свойств. Это так называемые мелкозернистые поризованные бетоны объёмной массой от 1300 до 1800 кг/м (марок по плотности Д 1300-Д1800).

Обычные пенобетоны делятся на теплоизоляционные (Д200-Д400), конструкционно-теплоизоляционные (Д500-Д800) и конструкционные (Д900-Д1200).

Для ускорения твердения пенобетонов можно применять пропарку при атмосферном давлении, электропрогрев, быстротдвердеющие цементы или химические добавки-ускорители (например добавка Простон-Д17).

Пенобетоны, в отличие от газобетонов, в которых пористость образуется в результате химических реакций с газовыделением, имеют более низкую плотность (до 100 кг/м ³ ), равномерную мелкодисперсионную пористость и независимость от перепадов температуры и давления окружающего воздуха.

В настоящее время выпускается множество различных пенообразователей. Мы рассмотрим: каких они бывают типов, их отличия друг от друга и требования к пенообразователям, применяемым в производстве пенобетона.

Любой пенообразователь, существующий на рынке производства пенобетона должен удовлетворять следующим требованиям:

- технико-экономические
Расход пенообразователя в денежном выражении не должен превышать 2$ на 1 кубический метр производимого пенобетона. При превышении этого показателя его применение становится экономически нецелесообразным из-за большого влияния на себестоимость продукции. Причем, является очевидным, что более дорогие пенообразователи не увеличат качество продукции в соответствии с увеличенной стоимостью. Этот критерий сразу отсекает все импортные пенообразователи и оставляет Российские.

- постоянство свойств, независимо от партии
Пенообразователь должен иметь одинаковые характеристики, независимо от партии и времени выпуска. В противном случае понадобится постоянная перенастройка технологического процесса производства или, если ее не делать, продукция будет получаться пониженного качества.

- достаточный срок хранения
Пенообразователь должен иметь срок хранения не меньше 1 года. Если срок хранения меньше, то придется покупать пенообразователь маленькими партиями и постоянно докупать новые. Это может быть проблематичным, в связи с большим временем доставки по железной дороге и удаленностью некоторых производств. Также, при окончании строительного сезона и значительном снижении объема производства, невостребованный пенообразователь может вообще испортится до следующего сезона.

- малый расход
Расход пенообразователя не должен превышать 1,5 литров на 1 куб.м. производимого пенобетона. Это необходимо по двум причинам. Первая: для большего количества продукции получаемой из одной загрузки пеногенератора. Вторая: для меньшего влияния на процесс твердения пенобетона. Как известно, при большом количестве пенообразователя использованного для приготовления пенобетона, может увеличиваться время затвердевания пенобетона, понижаться его прочность, увеличиваться усадка.

В середине прошлого столетия востребованными стеновыми материалами были кирпич и легкий бетон; ячеистый бетон только робко “выглядывал” из стен лабораторий. Толщина кирпичной стены была чаще всего 64 см; использование легкого бетона снизило её до 40–50 см, и это было большим достижением, сразу уменьшившим и материалоемкость, и трудоемкость, и энергоемкость строительной промышленности.

Из этого бетона стали делать крупные блоки и стеновые панели размером “на комнату”: информация о крупнопанельных московских Черемушках гремела на всю страну. Там же, где не было легкого бетона, пытались делать кирпичные панели.

Тот строительный бум, основу которого составили крупнопанельные пятиэтажки (ругаемые ныне “хрущевки”) был большим благом для народа. И он не приобрел бы таких масштабов, если бы не отечественные разработки в области бетонов, в первую очередь, крупного ученого Н.А. Попова.

Легкий бетон стал возможным благодаря применению пористых заполнителей, например, керамзита — обожженных глиняных шариков, а также других подобных материалов: термозит, шунгизит и др. Их смешивали с обычным строительным раствором и формовали панели. Все было бы хорошо, но тут стал появляться новые марки бетона - более эффективные материалы — конструкционно-теплоизоляционные ячеистые бетоны, который позволил еще снизить толщину стены до 28–35 см.

Реакция была незамедлительной: появился легкий бетон с поризованным цементным камнем, достаточно легкий и сравнительно “теплый”. Поризовали его так же, как и ячеистый бетон — либо пеной, либо газообразователями. Но при этом не могла не возникнуть проблема: действительно ли это легкий бетон, а не ячеистый бетон с пористым заполнителем, — которая потянула за собой целую вереницу вопросов. А так ли нужен ячеистому бетону пористый заполнитель? А если нужен, то любой ли? А если не любой, то каким требованиям он должен отвечать? А сколько нужно вводить этого “не любого” заполнителя?...

Теоретически возможна ситуация, когда и по прочности, и по теплопроводности зерна заполнителя идентичны окружающему их ячеистому бетону; при этом и несущая способность, и термическое сопротивление строительного элемента, выполненного из такого материала, не должны зависеть ни от количества введенного заполнителя, ни от взаиморасположения его зерен. Назовем такой заполнитель адекватным. Единственным фактором, определяющим степень целесообразности введения такого заполнителя, будет экономика.

ОПИСАНИЕ ПЕНОБЕТОНА И ЕГО РАЗНОВИДНОСТИ

Технологию получения искусственного камня с характеристиками близкими к дереву на заре XX века изобрел шведский архитектор А. Эрикссон. В 1924 году этот материал получил международный патент и признание. Начало промышленному производству автоклавных ячеистых бетонов положила Швеция в 1929 году. С этого времени и началось применение ячеистого бетона в строительстве. На сегодняшний день в мире работает уже более 200 заводов автоклавного ячеистого бетона в 38 странах. Объем выпускаемой ими продукции составляет около 50 млн.м³ изделий в год. Эта строительная отрасль развивалась достаточно динамично, что в довольно жесткой конкуренции привело к созданию высококачественного строительного материала, пользующегося сегодня высоким спросом во всем мире.

Ячеистый бетон стали применять в России в 50-60 годы. Но до недавнего времени этот материал у нас использовался только в качестве утеплителя для крыш и реже - в промышленном строительстве. В индивидуальном жилищном строительстве ячеистый бетон начал использоваться только в начале 90-х годов. Жилые дома, построенные из этого материала, отличаются, прежде всего, высоким уровнем комфортности.

Пенобетон - легкий ячеистый бетон, получаемый в результате твердения раствора, состоящего из цемента, песка, воды и пены. Пена обеспечивает необходимое содержание и равномерное распределение воздуха в бетоне. Пену получают из пеноконцентрата (пенообразователя). В качестве пенообразователя могут быть использованы различные органические и неорганические соединения: получаемые на основании натурального протеина, и синтетические, получаемые при производстве моющих средств.

Пенобетон недорогой, экономичный, прочный, экологически чистый, биологически стойкий материал, по экологичности более близок к дереву, но не горючий и долговечный. В некоторых странах блоки из пенобетона называют "биоблоками", поскольку в качестве исходного сырья используются только экологически чистые природные компоненты. Пенобетон сочетает в себе преимущество камня и дерева: прочность, легкость, обрабатываемость и гвоздимость и не нуждается в комбинациях с другими строительными материалами. Его можно штукатурить, обивать вагонкой или другим материалом, красить фасадными красками в любой цвет. Возможность получить требуемый удельный вес, заданную прочность, необходимую термосопротивляемость, нужную форму и объем делают его привлекательным для изготовления широкой номенклатуры строительных изделий. Данный продукт может быть использован как конструкционный, так и теплоизоляционный материал. С точки зрения долговечности пенобетон, в отличие от минеральной ваты и пенопластов, теряющих свои свойства, со временем только улучшает свои теплоизоляционные и прочностные показатели.