Общее описание пенобетона - свойства, сравнительные характеристики.

Пенобетон сегодня широко используется в строительной индустрии. Возможность получить требуемый удельный вес, заданную прочность, необходимую теплопроводность, нужную форму и объем делают его привлекательным для изготовления широкой номенклатуры строительных изделий. Сегодня объемы производства и сферы применения этого материала постоянно растут.

Состав и особенности производства.
Свойства легкого бетона.
Некоторые преимущества использования пенобетона при строительстве.
Сравнительные характеристики разных материалов.
Некоторые области применения пенобетона.

Пенобетон создается вовлечением множества микропузырьков воздуха в цементную смесь, что достигается смешиванием концентрированного пенообразующего химиката с водой и генерированием пены с использованием сжатого воздуха. Для достижения оптимальных результатов применяется аэратор. После этого пена смешивается с цементной смесью (песок, цемент, вода) с помощью обычных бетономешалок. Можно добавлять пену и в обычную бетонную смесь. Добавление до 10% пенообразующего химиката в нормальный тяжелый бетон дает:

• уменьшение плотности;
• уменьшение стоимости;
• устранение водоотделения;
• возможность ровного оштукатуривания поверхности;
• возможность без проблем перекачивать смесь даже при холодной погоде;
• сохранение характеристик при замораживании, оттаивании.

Для улучшения характеристик в бетонную смесь могут вводиться вермикулит, керамзит, пенопласт, полипропилен и др. материалы. Из-за высокой плотности смеси цемента, воды и пены легкие заполнители могут использоваться без опасности всплывания при вибрации. Включение таких заполнителей определяется технико-экономическим обоснованием и требуемыми конечными характеристиками продукта. Количество воды, добавляемой в смесь, зависит от влажности песка, но средний уровень обычно 40-45 л на каждые 100 кг цемента. Дополнительная вода добавляется обычно с пеной, в результате водоцементное отношение повышается до 0,6. Водоцементное соотношение должно сохраняться настолько низким, насколько это возможно, чтобы избежать дополнительной усадки в формах. Вода, песок, цемент добавляются в смеситель в обычном порядке и хорошо перемешиваются до однородного раствора перед добавлением пены. Получаемый пенобетон по основным качествам подобен обычному плотному тяжелому бетону. Кроме того, стены из пенобетона создают в помещении благоприятный микроклимат, хорошо сохраняют тепло, обеспечивают надежную звукоизоляцию. Благодаря своей структуре пенобетон может использоваться без последующей отделки. Создание производственных мощностей для производства пенобетона привлекательно низкими инвестициями и их быстрым возвращением. По существу, они эквивалентны инвестициям, требуемым для создания завода по производству панелей и блоков из тяжелого бетона. При необходимости прочность пенобетона может быть увеличена. Для этого применяются следующие методы:

• выдерживание на воздухе

Наиболее доступный метод. Это медленная система выдерживания, которая допускает оборот форм каждые 24 ч в среднем, в зависимости от окружающей температуры. Основным недостатком является значительное увеличение длительности производственного процесса.
• пропаривание

Когда сборные панели и плиты из легкого бетона изготавливаются в заводских условиях, то, чтобы получить относительно быстрый оборот форм, можно применять пропаривание днища форм с уложенными панелями. Это вызывает повышение температуры в бетоне и увеличение прочности.
Пропаривание от днища необходимо, чтобы избежать накопления в формирующихся ячейках сжатого воздуха с избыточным давлением, способным сломать оболочку цемента вокруг ячейки. В тяжелом бетоне этого не происходит, так как при увеличении температуры в верхней поверхности цемент уже приобрел достаточную прочность, чтобы противостоять ячейкам, взрывающимся от сжатого воздуха в верхних слоях панели или плиты.
В зависимости от типа цемента, используемого в смеси, пропаривание должно начинаться не раньше чем через пять часов после укладки, и температура не должна превышать 70°C. Объем пропаривания зависит от климата, но, как правило, длится по режиму 2+4+2 часов.
• выдерживание в автоклаве

Эффективный, но наиболее дорогой способ пропаривания при высоком давлении. Стоимость такой операции весьма высока, однако возможна и некоторая экономия, если в смеси заменить до 1/3 цемента кремнеземистой пылью или золой, которые реагируют с цементом при нагреве и давлении, чтобы получить лучший результат, чем при другом методе выдерживания.
После того как бетон укладывается в формы, они закрываются в автоклаве и температура повышается до 185°C в течение 3 ч. В это же время давление повышается до 1 МПа. В зависимости от природы компонентов смеси обычно выдерживаются при максимальном давлении пять или семь часов, после чего пар удаляется при одновременном уменьшении давления до атмосферного за 10-15 мин. Как только дверь автоклава будет открыта и продукция охладится, она готова к употреблению.

Для пенобетона, подобно всем цементным материалам, характерно явление усадки во время укладки. Степень усадки зависит от разных факторов, таких, как тип цемента, метод выдерживания, размер и качество песка, количество цемента в смеси, плотность бетона и водоцементное соотношение.

Основная усадка происходит в течение первых 30 дней, после чего она незначительна. В течении этого срока, если условия изготовления бетона соблюдаются, усадка обычно ниже 0,1%. Очень часто появление трещин в стенах, вызываемое перемещениями основания, относят на счет усадки. Однако если трещина образовалась через 30 дней после укладки бетона, следует искать другие причины.

Пределы прочности.

На пределы прочности при сжатии пенобетона влияют многие факторы, такие, как плотность, возраст, влажность, физические и химические характеристики компонентов смеси и их пропорции. Следовательно, желательно составы смеси, тип цемента и песка или других наполнителей держать постоянными.

Предел прочности при сжатии с течением времени увеличивается из-за реакции с CO₂, присутствующим в окружающем воздухе. Методы увеличения прочности изложены выше.

Предел прочности на растяжение.

В зависимости от метода выдерживания предел прочности на растяжение пенобетона может составлять 0,25 от предела прочности при сжатии с продольной деформацией около 0,1%.

Предел прочности при сдвиге.

Предел прочности при сдвиге отличается на 6-10% от предела прочности при сжатии. Сдвигающие нагрузки возникают довольно редко.

Противопожарная стойкость.

Высокая противопожарная стойкость делает пенобетон привлекательным материалом при возведении огнестойких конструкций (склады горючеопасных материалов и т.д.). При воздействии интенсивной теплоты типа паяльной лампы на поверхность пенобетона он не расщепляется и не взрывается, как это происходит с тяжелым бетоном. В результате этого арматура более долгое время защищена от нагревания.

Тесты показывают, что пенобетон толщиной 150 мм защищает от пожара в течение 4 часов. На испытаниях проведенных в Австралии, наружная сторона панели из пенобетона толщиной 150 мм была подвергнута нагреванию до 1200°C, а внутренняя нагрелась только до 46°C после 5 часов испытания. Требования некоторых стандартов в разных странах по огнестойкости при 4 часовых испытаниях следующие: Италия 133 мм, Новая Зеландия 133 мм, Австралия (EBRS-Ryde) 105 мм. Все тесты, и Австралийские и международные показывают, что пенобетон превосходит нормальный бетон. Даже при меньшей толщине пенобетон не будет гореть, расщепляться или выделять отравляющие газы, пары или дым.

Акустика.

Пенобетон обладает хорошими звукопоглощающими свойствами, в отличие от стен из тяжелого бетона или кирпича. Его характеристики в этом отношении могут быть дополнительно улучшены путем оштукатуривания и окрашивания. Поэтому он часто используется как звукоизолирующий слой на плитах конструкционного бетона, чтобы ограничить шумовое пропускание перекрытий в многоэтажных жилых домах.

Теплоизоляция.

Из-за ячеистой структуры пенобетон имеет очень низкую теплопередачу. Это означает, что в большинстве случаев использование дополнительной изоляции в полах и стенах не нужно.

• Легкий пенобетон имеет хорошую механическую прочность наряду с высокими показателями изоляции при широкой амплитуде плотности.
• Низкая цена пенобетона по сравнению с другими материалами.
• Хорошие характеристики теплоизоляции дают преимущества в экономии энергии, при эксплуатации (обогреве и кондиционировании воздуха).
• С легкими композитными пенобетонами более низкие затраты на строительство, более эффективные строительные проекты.
• Обработка и перевозка автотранспортом стоят очень мало.
• Вес бетона меньше от 10 % до 87 % по сравнению со стандартным тяжелым бетоном в зависимости от составов смеси и материалов.
• Значительное снижение веса приводит к сбережениям в каркасах конструкций, опорах или сваях. Такие сбережения часто кратны фактической стоимости материала.
• Экономия на перевозке, снижение требуемой грузоподъемности подъемного крана и снижение трудовых ресурсов.
• Использование легкого пенобетона в сборном или оболочечном строительстве требует кран меньшей грузоподъемности, минимальных усилий при монтаже. Легкий пенобетон можно пилить ручной пилой, обтесывать и забивать гвозди.
• Легкий пенобетон чрезвычайно легок при разравнивании и его можно использовать как покрытие толщиной до 40 мм.

Высокие теплоизоляционные свойства: благодаря пористой структуре пенобетон является конструкционным и теплоизоляционным материалом. Его теплоизолирующая способность в 3-3,5 раза выше, чем у кирпичной стены. Коэффициент теплопередачи пенобетона Д-700 0,23 Ккал/м²ч°С, тогда как глиняный кирпич 0,8 Ккал/м²ч°С. Легкость: блок пенобетона марки Д-700 практически втрое легче керамзитобетона. Стандартный мелкий блок размером 200×188×388 имеет массу всего 11 кг, что позволяет значительно снизить транспортные и монтажные расходы, снизить трудоемкость работ. Прочность: при низкой объемной массе пенобетон имеет достаточно высокую прочность на сжатие (М 35). Максимальная этажность здания с несущими стенами из пенобетона Д-900 три этажа. При применении определенных конструкторских решений возможно использование пенобетона в высотных зданиях без ограничения этажности.

Сравнительная толщина стен из разных материалов для достижения К=0,7

Мрамор	3,5 м
Бетон	1,58 м
Пористый глиняный кирпич	1,0 м
Пенобетон (1600 кг/м³)	0,61 м
Пенобетон (400 кг/м³)	0,097 м
Пробка	0,04 м
Минеральная вата	0,04 м
Пенополистирол	0,04 м

Таким образом, пенобетон самый теплый и дешевый материал из конструктивных при малоэтажном строительстве.

Этот материал используется на крышах и полах как тепло- и звукоизоляция (то есть сам по себе это не конструкционный материал). Он также используется для теннисных кортов и заполнения пустот в кирпичной кладке, подземных стен, изоляции в пустотелых блоках, идеален для объемного и любого другого заполнения, где требуются высокие изоляционные свойства. Применяется для изготовления сборных блоков и панелей перегородок, покрывающих плит подвесных потолков, тепло- и звукоизоляции в многоуровневых жилых и коммерческих сооружениях.

Пенобетон используется в бетонных блоках и панелях для наружных стен и перегородок, бетонных плитах для покрытий крыш и перекрытий этажей. Пенобетон используется в сборных панелях любой размерности для коммерческого и промышленного использования, монолитных стенах, садовых украшениях и других областях. Идеален для надстройки зданий, когда вес конструкции играет определяющую роль.