Теплоизоляционный пенобетон

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им И.И. Ползунова»

Кафедра строительных материалов

 
 
 
 
 
 
 
 

Пояснительная записка

Курсового проекта по дисциплине «Бетоноведение»

Теплоизоляционный пенобетон

 
 

Проект выполнил

студент гр. ПСК-91

Д.В. Бойков

Нормконтроллер профессор, к.т.н.

Л. Г. Плотникова

 
 
 
 

Барнаул 2012

 
 

Введение

 

Состав бетона - это рациональное соотношение между его компонентами, обеспечивающее получение бетона с требуемыми показателями качества при минимуме материальных и энергетических затрат. Правильное определение состава - одна из важнейших операций в технологии бетона [1]. От того, насколько правильно определен состав бетона зависят его эксплуатационные свойства, долговечность и экономичность [2].

Исходные данные для определения состава обычно содержатся в техническом проекте строительства и включают, по меньшей мере, два требования: получить бетон необходимой прочности, а бетонную смесь - заданной удобоукладываемости. В ряде случаев, обусловленных специфическими условиями эксплуатации конструкций, главными могут стать требования по морозостойкости, водонепроницаемости или стойкости бетона к коррозии. Обычно стремятся получить бетон с минимальным расходом цемента, так как цемент гораздо дороже других компонентов бетона. Состав бетона определяют расчетно-экспериментальным методом, который предусматривает предварительный расчет по формулам и последующую корректировку полученных данных по результатам экспериментального затворения бетона. Чаще всего состав выражают в виде массовой концентрации компонентов, т. е. их расхода в кг на 1 м3 уплотненного бетона [1].

Целью данной курсовой работы является проектирование оптимального состава теплоизоляционного пенобетона.

После ввода в действие с 1 сентября1995 г изменения № 3 к СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника», устанавливающим более высокие требования к теплозащитным свойствам ограждающих конструкций зданий, большое внимание в нашей стране стало уделяться созданию новых видов эффективных теплоизоляционных материалов. Одним из направлений этой работы является совершенствование технологии производства неавтоклавного пенобетона.

Пенобетон является разновидностью ячеистого бетона - особо легкого бетона с большим количеством (до 85% от общего объема бетона) мелких и средних воздушных ячеек размером от 1 … 1,5 мм. Пористость пенобетонам придается механическим путем, когда тесто, состоящее из вяжущего и воды, часто с добавкой мелкого песка, смешивают с отдельно приготовленной пеной или вводят пенообразователь непосредственно в специальный смеситель.

Ячеистые бетоны по плотности и назначению делят на теплоизоляционные с плотностью 300 … 600 кг/м3 и прочностью 0,4 … 1,2 МПа и конструктивные с плотностью 600 … 1200 кг/м3 (чаще всего около 800 кг/м3) и прочностью 2,5 … 15 МПа [3].

Ячеистый бетон относится к наиболее эффективным материалам, использующимся для строительства. Он обладает высокими теплозащитными и теплоаккумулирующими характеристиками. При использовании ячеистого бетона достигается баланс температуры - в летний период помещения не перегреваются, а зимой предотвращает значительные теплопотери. Применение ячеистого бетона исключает резкий перепад температуры внутри здания. Это обеспечивает нормальный микроклимат, как для жизнедеятельности, так и для функционирования установок и приборов.

Он обладает значительными преимуществами по отношению к другим строительным материалам по теплозащитным и звукоизоляционным свойствам. Термическое сопротивление его более чем в 7 раз превосходит традиционный кирпич, а звукопоглощение материала - в 5 раз при тех же показателях по пожароопасности. В современных условиях экономии энергопотребления теплозащитные характеристики строительных материалов имеют важное значение. При его использовании значительно сокращаются расходы на отопление и кондиционирование зданий [4].

 

. Номенклатура изделий  на основе проектируемого бетона

 

В свете наметившейся в последнее время тенденции к увеличению доли индивидуального и малоэтажного строительства наиболее веским преимуществом пенобетона представляется возможность его монолитной заливки в построечных условиях: обычно применение монолитного способа возведения конструкций требует меньших материальных и финансовых затрат, позволяет сократить сроки строительства.

В литературных источниках описывается опыт применения в строительстве монолитного теплоизоляционного пенобетона плотностью 200 … 350 кг/м3 в качестве теплоизолятора колодцевой кирпичной кладки наружных частей зданий, для утепления плоских кровель, устройства теплоизоляционного слоя плит перекрытий чердачных помещений и т.п [5,6]. Использование этого материала в несущих кирпичных стенах, позволяет уменьшить их толщину и сократить затраты строительство: уменьшение толщины наружной стены малоэтажного здания, выполненного по монолитно-кирпичной технологии, дает дополнительно 1 м2 на каждые погонные 7-9 м по контуру здания. Изготавливаемые из теплоизоляционного пенобетона мелкоштучные изделия и блоки также могут использоваться для возведения ограждающих конструкций зданий с высоким сопротивлением теплопередачи [7]. Имеются также разработанные составы пенораствора строительного легкого, самонивелирующих пенопокрытий для полов и утепления чердаков, монолитных стеновых материалов, которые можно производить в условиях стройки, что особенно актуально в связи с переходом на преимущественно малоэтажное строительство коттеджного типа [8]. Применение пенораствора позволяет снизить теплопотери зданий в период эксплуатации за счет устранения «мостиков холода», образуемых цементно-песчаным раствором, традиционно используемым в кладке при возведении ограждающих конструкций. Однако действующие строительные нормы не предусматривают использование в конструкциях стен материалов с прочностью менее 2,5 МПа, в число которых попадает и пенобетон плотностью ниже 700 кг/м3, в то время как на практике в малоэтажном домостроении применению пенобетона плотностью 300-500 кг/м3 отводится значительная роль. Естественно, что пенобетон низкой плотности не может предохранить закладываемую арматуру от коррозии, а также самостоятельно нести нагрузку от вышерасположенных элементов. Из-за достаточно больших водотвердых отношений, свойственных традиционной технологии производства пенобетона низкой плотности, этот материал характеризуется значительной капиллярной пористостью, которая способствует интенсивному увлажнению материала и миграции влаги. Эти процессы могут привести к большим чередующимся деформациям, физической и химической коррозии, низкой эксплуатационной долговечности. Поэтому необходимо защищать пенобетон от внешних воздействий и усиливать более прочными и жесткими конструктивными элементами (кирпичная кладка, несъемная опалубка, которая может быть выполнена из более плотного бетона или пенобетона и т.п.). Графически эти решения представлены на рисунке 1. При возведении таких многослойных конструкций особое внимание следует уделять связям наружных и внутренних слоев. В практике современного строительства известны два типа слоистых конструкций каменных стен: с жесткими и с гибкими связями. В стенах из традиционных мелкоштучных материалов жесткие связи, выполненные из кирпича или других материалов, становятся теплопроводными включениями и ухудшают теплотехнические характеристики стены. Гибкие связи, в качестве которых применяют арматурную сталь, стеклотканевую сету или арматуру, в данном случае являются более предпочтительными. В конструкции стены, показанной на рисунке 1 б), где в качестве внешних слоев используют кладку из кирпича или пенобетонных блоков плотностью 600...800 кг/м3, пространство между которыми заполняется монолитным пенобетоном плотностью 250...300 кг/м3, применение гибких связей позволяет увеличить прочностные и деформативные характеристики ограждающей конструкции в целом [7]. Обычно в таких случаях используют арматуру небольшого диаметра, закладываемую через определенное количество рядов кирпичей или блоков, однако более предпочтительно использование тонких стеклопластиковых элементов, которые не подвержены коррозии и позволяют уменьшить толщину горизонтальных швов.

 

Рисунок 1 - Применение теплоизоляционного пенобетона при возведении ограждающих конструкций

 

Наиболее распространенной областью применения теплоизоляционного пенобетона продолжает оставаться устройство теплоизоляции полов, чердачных перекрытий и кровли (рисунок 2). Традиционно для этих видов работ используется керамзитобетон с удельным весом по плотности 800-900 кг/м3 в сухом состоянии. Переход на использование теплоизоляционного пенобетона позволяет:

-без ухудшения теплоизоляционных  и шумопоглощающих свойств стяжек  уменьшить их толщину в 1,5 - 2,5 раза;

-уменьшить нагрузки на  перекрытия и фундаменты также  в 1,5 - 2,5 раза;

-получить экономический  эффект за счет уменьшения  трудозатрат, материалов и транспортных  расходов.

Пенобетон низких плотностей также используют для теплоизоляции некоторых видов промышленного оборудования - труб и т.д [5].

 

Рисунок 2 - Использование теплоизоляционного пенобетона: а) при устройстве полов; б) теплоизоляции кровли и чердачных перекрытий

 

В соответствии с ГОСТ 25485-89 «Бетоны ячеистые. Технические условия» теплоизоляционный пенобетон имеет следующие показатели физико-механических свойств:

 
 

Таблица 1 - Показатели физико-механических свойств пенобетона

Вид бетонаМарка бетона по средней плотностиБетон автоклавныйБетон неавтоклавныйКласс по прочности на сжатиеМарка по морозостойкостиКласс по прочности на сжатиеМарка по морозостойкостиТеплоизоля- ционныйD300B0,75 B0,50Не нормируется--D350B1 B0,75D400B1,5 B1B0,75 B0,50Не нормируетсяD500--B1 B0,75

Усадка при высыхании бетонов не должна превышать, мм/м:

,5 - для автоклавных бетонов  марок D600-D1200, изготовленных на песке;

,7 - то же, на других кремнеземистых  компонентах;

,0 - для неавтоклавных бетонов  марок D600-D1200.

Теплопроводность пенобетона не должна превышать значений, приведенных в таблице 2, более чем на 20%.

 

Таблица 2 - Нормируемые показатели физико-технических свойств

Вид бетонаМарка бетона по средней плотностиТеплопроводность, Вт/(м0С) не более, бетона в сухом состоянии, изготовленногоКоэффициент паропроницаемости, мг/(м·ч·Па) не менее, бетона, изготовленногоСорбционная влажность бетона, % не болеепри относительной влажности воздуха 75%при относительной влажности воздуха 97%бетон, изготовленныйна пескена золена пескена золена пескена золена пескена золеТепло-изоляционныйD3000,80,80,260,238121218D4000,100,90,230,20D5000,120,100,200,18

. Исходные материалы бетона  и их характеристики

 

. В качестве вяжущего  для изготовления пенобетона  рекомендуется применять портландцемент  марки ПЦ 500-Д0, а также марок 550 и 600. Другие виды цемента менее пригодны в технологии пенобетона [9,10].

Содержание трехкальциевого силиката должно быть не менее 50% и трехкальциевого алюмината не более 6%. Начало схватывания должно наступать не позднее 2 ч, а конец схватывания - не позднее 4 ч после затворения. Удельная поверхность цемента должна 3000-4000 см2/г для теплоизоляционного ячеистого бетона. По остальным свойствам цемент должен удовлетворять требованиям ГОСТ 10178-76. Не допускается применение цемента с добавкой трепела, глиежа, трассов, глинита, опоки, пепла;

. Для изготовления теплоизоляционного  пенобетона марок по средней  плотности D500 и выше применяют  заполнители. В качестве заполнителя  обычно используют кварцевый  песок, удовлетворяющий требованиям  ГОСТ 8736-77, с содержанием кварца  не менее 85%, слюды не более 0,5%, илистых и глинистых примесей не более 3% и не более 1% глинистых примесей типа монтмориллонита. Допускается применение полевошпатового песка с содержанием кварца не менее 60%;

. Вода должна удовлетворять  требованиям ГОСТ 23732-79 «Вода для бетонов и растворов. Технические условия» [9,10].

. Пенообразователи можно  разделить на следующие группы: природные и синтетические. Пенообразователи  являющиеся поверхностно-активными  веществами (ПАВ) делят также на: анионактивные, катионактивные, неионогенные.

Используемые промышленностью природные пенообразователи из отходов: дубильные экстракты кожевенного производства, подмыльный щелок, соапсток, сульфитный щелок - являются продуктами, свойства которых значительно колеблются. Они имеют ограниченный срок хранения. В связи с непостоянством состава сырья и сложностью получения химический состав и содержание основного продукта у полученных пенообразователей варьируется.

Синтетические пенообразователи выпускают в соответствии с техническими условиями, поэтому они обладают постоянством свойств, срок их годности значительно больше, что дает преимущества при их использовании [9].

В качестве пенообразователей используют несколько видов поверхностно-активных веществ, способствующих получению устойчивых пен.

Клееканифольный пенообразователь приготовляют из мездрового или костного клея, канифоли и водного раствора едкого натра. Этот пенообразователь при длительном взбивании эмульсии дает большой объем устойчивой пены. Он несовместим с ускорителями твердения цемента кислотного характера, так как они вызывают свертывание клея. Хранят его не более 20 суток в условиях низкой положительной температуры.

Смолосапониновый пенообразователь приготовляют из мыльного корня и воды. Введение, в него жидкого стекла в качестве стабилизатора увеличивает стойкость пены. Этот пенообразователь сохраняет свои свойства при нормальной температуре и влажности воздуха около 1 месяца.

Алюмосульфонафтеновый пенообразователь получают из керосинового контакта, сернокислого глинозема и едкого натра. Он сохраняет свои свойства при положительной температуре до 6 месяцев.

Пенообразователь ГК готовят из гидролизованной боенской крови марки ПО-6 и сернокислого железа. Его можно применять с ускорителями твердения. Этот пенообразователь сохраняет свои свойства при нормальной температуре до 6 мексяцев.

В последнее время большое распространение получили органические пенообразователи, специально создаваемые для пенобетона и выпускаемые под различными фирменными названиями.

Расход пенообразователя для получения пены составляет: клееканифольного - 8…12 %; смолосапонинового - 12…16 %; алюмосульфонафтенового - 16…20 и пенообразователя ГК - 4…6 % от количества воды. Смесь из двух пенообразователей (например, ГК и эмульсии мыльного корня в отношении 1:1) позволяет получить более устойчивую пену, но это несколько усложняет технологию. Расход специальных органических пенообразователей определяется фирменными рекомендациями и чаще всего составляет 6-12 % от расхода воды [3].

Подбор пенообразователя должен осуществляться для конкретного производства в зависимости от мощности, способа производства пенобетонной смеси и условий региона.

 

. Структура бетонной смеси  и физико-химические процессы, происходящие  при ее формировании

 

Структура бетонной смеси сохраняется и при затвердевании. Поэтому структуру бетона следует классифицировать по содержанию цементного камня и его размещению в бетоне. Однако на свойства бетона определяющее влияние оказывают его плотность и пористость. При прочих равных условиях объем и характер пористости, а также соотношение в свойствах отдельных составляющих бетона определяют его основные технические свойства, долговечность, стойкость в различных условиях. В этой связи целесообразно классифицировать структуру бетона с учетом ее плотности.

Цементный камень является основным компонентом бетона, определяющим его свойства и долговечность. Основной составляющей микроструктуры цементного камня являются гидросиликаты кальция.

Гидросиликаты кальция создают определенную пространственную структуру, которая включает непрореагировавшую часть зерен цемента с оболочкой новообразований в виде системы глобул и межзерновое пространство, заполненное в той или иной мере новообразованиями. Гидросиликаты кальция имеют кристаллическое и полукристаллическое или аморфное строение. Кристаллические продукты, имеющие различные размеры кристаллов, чаще появляются при тепловой, особенно автоклавной обработке и при кристаллизации новообразований в межзерновом пространстве и порах.