Величезна залежність будівництва від масштабного кредитування, а також невдачі пілотних урядових житлових програм стимулювали зростання обсягів малоповерхового житлового будівництва і масовий інтерес забудовників до будматеріалів з хорошими теплозахисними властивостями ( Детальніше ). Найбільш популярними у забудовників стали блоки з пористих бетонів (Див. цю статтю ), Часто заявляються, як інноваційний продукт, хоча вперше вони з'явилися ще в довоєнні роки СРСР ( см. тут ).
По суті, умовно новими можна вважати автоклавні газобетони і газосилікати , Помітно еволюціонували за без малого столітню історію, які активно застосовуються за кордоном для вирішення проблем енергозбереження та енергоефективності будівель / споруд (докладніше тут ). Технології виробництва, рецептури сумішей і всі негативні якості піноблоків залишилися практично без змін з післявоєнних років, коли їх виробництво в СРСР було практично заморожено через неможливість регулювати автоклавуванням експлуатаційні властивості гранично схильних до утворення тріщин виробів.
Друге «народження» піноблоки отримали після розпаду СРСР і переходу Росії на ринкову економіку, що пов'язано, як із збільшеною потребою в будівельних матеріалах для малоповерхового будівництва на тлі підвищення доходів частини населення країни, так і з можливістю виробництва цього матеріалу на мобільному обладнанні в той час , коли заводи по виробництву автоклавних газобетонів значно знизили або зупинили випуск продукції через характерний для того періоду переформатування власності. Сьогодні блоки з пінобетону тримаються на ринку завдяки казуїстиці рекламних кампаній ( см. тут ) І довірливості росіян, поки схильних вірити «на слово» і не звикли до технічно грамотному аналізу заявлених властивостей пропонованої будівельної продукції.
Специфіка виготовлення піноблоків
Нормована рецептура сумішей і традиційні технології виготовлення піноблоків в цілому розглянуті тут . Конкретні рецептури є прерогативою кожного певного виробника, однак навіть жорстка їх формалізація та дотримання технології виготовлення не дає стабільності експлуатаційних властивостей пінобетонних блоків різних партій продукції однієї марки середньої щільності. Пов'язано це з кількома причинами, головними з яких можна вважати:
• дозування основного наповнювача суміші за обсягом, а не за масою, що застосовується як в мобільному виробництві, так і при виготовленні на заводах. Вихідна вологість наповнювача визначає об'ємну щільність і насипний об'єм, які різні для різної вологості і залежать від крупності фракцій наповнювача.
Тобто дозована за обсягом робоча суміш при різній вологості і дисперсності наповнювача реально матиме різні склади, що, в кінцевому рахунку обумовлює різні механічні та теплофізичні властивості піноблоків різних партій, що випускаються з однією маркою середньої щільності, яка теж буде тільки умовно однаковою;
• незалежно від способу поризації (впровадженням готової піни або введенням до складу поверхнево-активних речовин) водо-цементне відношення, по суті, визначає властивості міцності буде в кожному конкретному випадку різними і високим. Знизити кількість затвора води і частково контролювати водо-цементне відношення вдається тільки при значному зменшенні обсягів введеної в розчин піни, що в цілому пояснює переважне виготовлення на заводах піноблоків марок середньої щільності D600, D700, хоча це погіршує їх теплозахисні властивості;
• поки не вдається на практиці з достатньою достовірністю прогнозувати поведінку піни в робочій суміші - пінні бульбашки через прагнення системи до мінімуму енергії зливаються, утворюючи раковини, порожнини, каверни, кількість і розмір яких тим більше, чим меншу щільність мають вироби. На відміну від автоклавних газобетонів і газосилікату осередки в них далеко не ідеально сферичні, як заявляють виробники і продають компанії, пов'язані між собою вони можуть формувати порожнини значної протяжності та обсягу, що індивідуально не тільки для різних партій продукції, але і різних піноблоків однієї партії;
Мал. Повітряні осередки в газоблоків D400 (зліва) і пінобетонних блоках D700 (праворуч) при однаковому збільшенні
• активність цементного клінкеру в робочій суміші визначається не тільки маркою і якістю цементу, а й властивостями піноутворювача, що вводиться разом з піною або в якості пенообразующей добавки. В цілому ПАР і готові піни працюють, як гідрофобні добавки і уповільнюють гідратацію цементу, що призводить до пухкості мікроструктури і агрегування флоккуламі негідратіровавшего цементного клінкеру, а це істотно знижує міцнісні властивості піноблоків;
Мал. Пухка структура пінобетону (зліва) і автоклавного газобетону / газосиликата (праворуч)
• використовувана виробниками вапно і наповнювач не очищаються від шкідливих і негативно впливають на гідратацію клінкеру добавок, в тому числі реактивних пуцоланових, які мають значний вплив, як на кінцеві механічні та теплофізичні характеристики продукції, так і на її експлуатаційні властивості.
властивості піноблоків
Специфічні реальні властивості піноблоків визначаються складом суміші, природним твердением трифазного розчину і хімічними реакціями, що відбуваються при гідратації клінкера і реактивних пуцоланових елементів. У автоклавного газобетону і газосилікату утворені при гідратації гідрати силікату кальцію (наприклад, 3 CaO 2 SiO2 3 H2O) при температурах 190 градусів в автоклавах і надмірному тиску знову реагують з подрібненим кварцовим піском (SiO2) і формують зневоднені гідрати силікату кальцію 5 CaO 6 SiO2 5 H2O, аналогічні за хімічним складом природному мінералу Tobermorit (рис. нижче)
Мал. Тоберморі в макроструктуру автоклавних газобетонів і газосилікату
Причому підвищення температури до 400, 700 і 840 градусів викликає додаткове перетворення в Тоберморі часткою обсягів знаходиться в структурі β-волластонита (Ca3 [Si3O9]), що викликає додаткове зміцнення матеріалу і обумовлює широке використання газобетонів і газосилікату в протипожежних брандмауерах.
На відміну від цього в піноблоках природного твердіння, а також природного твердіння в парових камерах, гідратів фази силікатів і алюмінатів кальцію залишаються незмінними, причому значна частина клінкеру і реактивних компонентів в суміші просто не гидратирует.
Фізично пов'язаним 2-4% води в автоклавного газобетону, втрата яких при синтезного твердінні в автоклавах нівелюється за рахунок надлишкового зовнішнього тиску, в піноблоках протистоять близько 15-18% води в мікропорах, мікротріщинах у вигляді пари, а також води, що скупчилася під продуктами гідратації , флоккулами цементного каменю і арматурою (при армуванні бетонних виробів). Ця вода за рахунок сил тяжіння буквально видавлюється з твердіє розчину, визначаючи значну по величині влажностную усадку і утворюючи капілярну сітку.
Мал. Типова схема вологості усадки в пінобетонах
Зробити твердий розчин гідрофобним поки не вдається нікому з розробників світу, оскільки при природному твердінні працюють тільки гідрофобні, але не гидрофобизирующие добавки, як в автоклавного газобетону і газосилікату.
Додає проблем температурна усадка піноблоків при природному твердінні, що викликає значні деформаційні напруги і, як наслідок мікро- і макротріщини, а також порожнини, раковини і каверни, отримані пінобетоном при злитті бульбашок піни. В результаті макроструктура виробів буквально поцяткована капілярами, мікро- і макротріщини, раковинами, кавернами і порожнинами, при експлуатації виступають у ролі доступних каналів для проникнення вологи, атмосферного повітря та активними концентраторами напружень, як успадкованих після усадки при твердінні, так і з'являються під час експлуатації .
Число, обсяг, протяжність, розгалуженість і спрямованість дефектів в макроструктуру індивідуально для кожного одиничного обсягу виливки до різальної лінії і блоків після різання, або одержуваних в формах при литтєвий технології формування. Це визначає нестабільність геометричних розмірів конкретних виробів в кожній партії і анізотропію властивостей кожного пінобетонного блоку за обсягом, а також значну по величині сорбционную вологість матеріалу і інтенсивні процеси експлуатаційної усадки.
Експлуатаційну усадку матеріалу навряд чи коректно розглядати, як суто карбонізаціонной, характерну для всіх гідрофільних твердих розчинів на цементному в'язкому, при якій залишкова вапно при впливі дифузійної води і вуглекислого газу перетворюється в крейда з розширенням обсягу і появою деформаційних напружень і дефектів. Для приготування піноблоків, як правило, використовуються неочищені піски і вапно, що визначає наявність великої кількості домішок, в тому числі песчанника і кременистих сланців, що мають значну і довготривалу усадку при висиханні, що приводить до появи локальних стискають напруг і, отже дефектів.
Знижують терміни експлуатації конструкцій з пінобетонних блоків вугілля або лігніт та інші матеріали з низькою щільністю як (наприклад, дерев'яні або волокнисті матеріали), а також процеси дедоломітізаціі CaMgCO3 (доломіт) + лужної їдкий розчин MgOH2 (брусит) + CaCO3 (вуглекислий кальцій або крейда) + K2CO3 (вуглекислий калій) + лужна гідроокис, активно відбуваються в пінобетонах під час експлуатації. Утворені при дедоломітізаціі крейда і кристали брусита мають більший обсяг, ніж доломіт, що створює значні розширюють напруги і посилює картину дефектності структури піноблоків. В результаті до споживача потрапляють гранично дефектні матеріали з різними за напрямками в обсязі механічними і теплофізичними властивостями і нестабільністю геометричних розмірів, що робить можливою кладку огороджувальних стін будинку виключно на товстий шар розчину, a priori не здатен рівномірно передавати навантаження на кожен одиничний блок з верхніх рядів , перекриттів і покрівельних конструкцій. Саме це визначає ряд негативів, які поки не вдається нівелювати жодному з виробників блоків з пінобетону природного твердіння:
• низькі теплозахисні властивості при реально достатньою для зведення одно-двоповерхових будинків конструктивної міцності, що визначає значні питомі витрати на кладку (див. тут і цей матеріал );
• виникнення в одиничних блоках напруг, близьких до критичних в стінах при характерних стискають і зсувних навантаженнях через кладки на товстий шар розчину;
• активні процеси експлуатаційної усадки - карбонізаціонной, дедоломітізаціі і т.д., що разом з навантаженнями при великій дефектності структури визначає появу тріщин різного спрямування, в тому числі наскрізних з ризиками порушення цілісності огороджувальних стін;
• поява на стінах висолів, іржавих патьоків, крейдяних і брусітних виділень через погану очищення компонентів суміші і дефектності структури, що дозволяє волозі і атмосферному повітрю проникати всередину піноблоків;
• нестабільність теплозахисних властивостей при експлуатації через великий сорбційної вологості, викликаної гидрофильностью твердого розчину і великого числа внутрішніх дефектів;
• поступове зниження міцності під час експлуатації через усадочних процесів і зростання числа концентраторів деформаційних напружень;
• невисоку насправді морозостійкість через великі обсягів фізично зв'язаної води в мікропорах і капілярах і дифузійної води, проникаючої через мікро- і макродефектів структури.
Пінобетонні блоки армовані фіброволокном
Окремо варто відзначити популярізуемие сьогодні піноблоки, армовані фіброволокном, реальна зміна міцнісних властивостей яких прямо протилежно заявленому зміцнення. Загальне зниження міцності відбувається через практичну неможливість розділити і рівномірно розподілити за обсягом мікро і маркроволокна фібри, хоч би якою вона була - натуральної, синтетичної або металевої. Навіть хімічно оброблені волокна злипаються при замішуванні з піною, часто утворюючи великі згустки, в які не може проникнути цементний гель, що в підсумку призводить до гранично гетерогенної мало пов'язаної макроструктуру негативно впливає на характеристики міцності.
Мал. Злипання (зліва) і згустки (праворуч) фіброволоконний в армованих піноблоках