Комплексная модификация пенобетона неавтоклавного твердения

Введение. Одним из распространенных строительных материалов является ячеистый бетон. Повышение его эффективности может быть обеспечено проведением комплексной модификации. Предложено рецептурно-технологическое решение по получению неавтоклавного пенобетона, которое заключается в применении комплекса модифицирующих добавок, включающих минеральные дисперсные и микроармирующие компоненты. Их введение способствует стабилизации пенобетонной смеси, регулированию процессов структурообразования и управления эксплуатационными показателями готового материала.

Материалы и методы. Использовались портландцемент марки ЦЕМ I 42,5Н, протеиновый пенообразователь «Эталон». Модифицирование пенобетона осуществлялось: кварцевой суспензией, получаемой путем мокрого помола кварцевого песка, синтезированным ангидритом, активатором твердения Na2SO4, базальтовой и стеклянной фибрами. Основные физико-механические характеристики пенобетона определялись по действующим нормативно-техническим документам. Микроструктура изучалась посредством растровой электронной микроскопии.

Результаты. Установлено влияние рецептурных факторов на эксплуатационные показатели качества неавтоклавного пенобетона теплоизоляционного назначения, проведена многокритериальная оптимизация, определены рациональные составы. Получены материалы с маркой по плотности D500 и классом по прочности B1,5–В2.

Выводы. Замена части портландцементного вяжущего на дисперсный модификатор в комплексе с микроармирующими волокнами позволяет получать материалы с повышенными свойствами при сниженных затратах на производство, а именно за счет оптимизации ячеистой структуры повышаются показатели по прочности при сохранении значений плотности и теплопроводности. Данное рецептурное решение приводит к уплотнению и упрочнению межпоровых перегородок, как следствие, «монолитизации» матрицы и каркасной структуры композита, создаваемой микроармирующими компонентами. Материал характеризуется полидисперсной пористостью с широким диапазоном размеров пор с формой, переходящей с правильной округлой на многогранную. В результате повышаются физико-механические и теплоизолирующие показатели пенобетона неавтоклавного твердения.

1. Elrahman M.A., El Madawy M.E., Chung S.-Y., Sikora P., Stephan D. Preparation and characterization of ultra-lightweight foamed concrete incorporating lightweight aggregates // Applied Sciences. 2019. Vol. 9. Issue 7. P. 1447. DOI: 10.3390/app9071447

2. Zeng X., Lan X., Zhu H., Liu H., Umar H.A., Xie Y. et al. A review on bubble stability in fresh concrete: Mechanisms and main factors // Materials. 2020. Vol. 13. Issue 8. P. 1820. DOI: 10.3390/MA13081820

3. Zhou G., Su R.K.L. A review on durability of foam concrete // Buildings. 2023. Vol. 13. Issue 7. P. 1880. DOI: 10.3390/buildings13071880

4. Amran Y.H.M., Farzadnia N., Ali A.A.A. Properties and applications of foamed concrete : а review // Construction and Building Materials. 2015. Vol. 101. Pp. 990–1005. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2015.10.112

5. Моргун Л.В., Немилостивый А.Г., Гебру Б.К., Моргун В.Н. Эволюция применения в строительстве легких бетонов // Химия, физика и механика материалов. 2022. № 4 (35). С. 21–36. EDN KTFRDJ.

6. Alfimova N.I., Pirieva S.Yu., Gudov D.V., Shu-rakov I.M., Korbut Е.Е. Optimization of receptural-technological parameters of manufacture of cellular concrete mixture // Construction Materials and Products. 2020. Pp. 30–36. DOI: 10.34031/2618-7183-2018-1-2-30-36

7. Drozdov A., Osipenkova I., Stupakova O. Dependence of foam concrete properties on technological factors // E3S Web of Conferences. 2020. Vol. 164. P. 14010. DOI: 10.1051/e3sconf/202016414010

8. Воронов В.В., Глаголев Е.С. Особенности гидратации и твердения полиминеральных композиционных вяжущих для пенобетонов // Вестник Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета. 2020. Т. 17. № 1 (71). С. 122–135. DOI: 10.26518/2071-7296-2020-17-1-122-135. EDN ZLGTGN.

9. Тотурбиев Б.Д., Мамаев С.А., Тотурбиева У.Д. Теплоизоляционный пенобетон безавтоклавного твердения из местного нерудного минерального сырья // Геология и геофизика Юга России. 2023. Т. 13. № 3. С. 167–177. DOI: 10.46698/VNC.2023.89.94.013. EDN SSPLSC.

10. Череватова А.В., Жерновская И.В., Алехин Д.А., Кожухова М.И., Кожухова Н.И., Яковлев Е.А. Теоретические аспекты создания композиционного наноструктурированного гипсового вяжущего повышенной жаростойкости // Строительные материалы и изделия. 2019. Т. 2. № 4. С. 5–13. EDN OJFHQO.

11. Кожухова Н.И. Опыт производства ячеистых бетонов на основе геополимерных вяжущих // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2023. № 4. С. 8–23. DOI: 10.34031/2071-7318-2023-8-4-8-23. EDN QDVWLI.

12. Хеирбеков Р.А., Самченко С.В. Некоторые физико-химические аспекты формирования структуры композиционного шлакосиликатного поризованного арболитового материала // Техника и технология силикатов. 2022. Т. 29. № 4. С. 379–390. EDN JKBDQD.

13. Величко Е.Г., Дворников Р.М. Высокоэффективный поризованный арболит на основе шлако-силикатных вяжущих веществ // Техника и технология силикатов. 2021. Т. 28. № 4. С. 179–189. EDN RZZIVJ.

14. Лукаш Е.В., Кузьменков М.И. Неавтоклавный пенобетон на основе магнезиального цемента // Строительные материалы. 2012. № 11. С. 33–35. EDN PJNDYF.

15. Strokova V., Sivalneva M., Kobzev V. The effect of polyvinyl alcohol on the system of cement-free binding alumino-silicate composition // Solid State Phenomena. 2020. Vol. 299. Pp. 169–174. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.299.169

16. Gencel O., Bilir T., Bademler Z., Ozbakkaloglu T. A Detailed Review on Foam Concrete Composites: Ingredients, Properties, and Microstructure // Applied Sciences. 2022. Vol. 12. Issue 11. P. 5752. DOI: 10.3390/app12115752

17. Dvornikov R.M., Velichko E.G. Wood concrete modified with ground granulated blast furnace slag // Const-ruction of Unique Buildings and Structures. 2020. Nо. 6 (91). P. 9107. DOI: 10.18720/CUBS.91.7. EDN JUIUZM.

18. Priyatham B.P.R.V.S., Lakshmayya M.T.S., Chaitanya D.V.S.R.K. Review on performance and sustainability of foam concrete // Materials Today : Proceedings. 2023. DOI: 10.1016/j.matpr.2023.04.080

19. Hou L., Li J., Lu Z., Niu Y. Influence of foaming agent on cement and foam concrete // Construction and Building Materials. 2021. Vol. 280. P. 122399. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.122399

20. Falliano D., Domenico D., Ricciardi G., Gugliandolo E. Experimental investigation on the compressive strength of foamed concrete: Effect of curing conditions, cement type, foaming agent and dry density // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 165. Pp. 735–749. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.12.241

21. Дворников Р.М., Самченко С.В. Формирование ячеистой структуры поризованного арболита // Техника и технология силикатов. 2022. Т. 29. № 1. С. 82–91. EDN KWNIQT.

22. Нецвет Д.Д., Нелюбова В.В., Строкова В.В. Композиционное вяжущее с минеральными добавками для неавтоклавных пенобетонов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2019. № 4. С. 122–131. DOI: 10.34031/article_5cb1e65d077f65.54773394. EDN ZDDGHJ.

23. Morgun V.N., Morgun L.V., Nagorskiy V.V. Diversive particles filler forms influence on mechanical properties foam concrete mixutes // IOP Conference Series : Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 698. Issue 2. P. 022088. DOI: 10.1088/1757-899X/698/2/022088

24. Batool F., Rafi M.M., Bindiganavile V. Microstructure and thermal conductivity of cement-based foam : а review // Journal of Building Engineering. 2018. Vol. 20. Pp. 696–704. DOI: 10.1016/j.jobe.2018.09.008