Материал: Химия, физика и механика материалов. Рудаков О.Б., Перцев В.Т

Химия, физика и механика материалов. Выпуск № 1 (28), 2021

Belgorod state technological University named after V. G. Shukhov, Russia, 308012, Belgorod, Kostyukova str., 46

*Corresponding author: Anikanova Tatyana Viktorovna, E-mail: anik.tv@ yandex.ru

The issues of choosing a binder for the production of foam concrete are considered. It was found that as the C3A content in cement increases, the average density of samples prepared using anionic foaming agent increases, while the compressive strength increases less. An increase in the C3A content in cement negatively affects the multiplicity and durability of the foam, and also increases the consumption of anionic foaming agent, all other things being equal. It is shown that when using anionic foaming agents, it is advisable to use cements with a low C3A content (3-6%), while the C4AF content does not have a large effect.

Keywords: raw materials for foam concrete, clinker minerals, setting time, compressive

strength

Введение. Пенобетон находит все большее распространение в России.

Особенно эффективным он оказывается при монолитном многоэтажном строи-

тельстве для устройства наружных стен в пределах этажа. Экономическая эф-

фективность такого строительства обеспечивается за счет сокращения сроков строительства, экономии материалов при уменьшении толщины стен, отсут-

ствия потребности в кранах высокой грузоподъемности и необходимости шту-

катурки стен, а также за счет снижения текущих эксплуатационных затрат на обогрев жилища за весь период его эксплуатации [1-5]. Однако авторам не уда-

лось найти в литературе рекомендации по выбору минеральных составляющих производства пенобетона на основе синтетических пенообразователей. В ос-

новном предлагаются конкретные рецептуры производства без должного науч-

ного обоснования [6-9].

Данная работа посвящена исследованию зависимости между содержанием отдельных клинкерных минералов, пределом прочности при сжатии цементного

5

камня из них в различные сроки твердения, а также их влияние на технологиче-

ские и физико-механические свойства пенобетона на стадии производства.

Основная часть

Для проведения исследований использовались цементы производства ЗАО «Белгородский цемент», ООО «Топкинский цемент», ОАО «Щуровский цемент». В работе использовались модельные пенообразователи анионного

(«Пеностром») и катионного («Морпен») типа.

Минералогические составы клинкеров исследуемых цементов приведены в табл. 1

Из данных табл. 1 видно, что белгородский цемент относится к малоалю-

минатным, топкинский – среднеалюминатный, а белый – высокоалюминатный.

В табл. 2 приведены данные о величине водопотребности пеноцементных смесей, приготовленных из цементов различных заводов с добавкой разных пе-

нообразователей.

Таблица 2

Влияние вида цемента на водопотребность пеноцементной смеси

6

Химия, физика и механика материалов. Выпуск № 1 (28), 2021

Данные табл. 2 показывают, что минимальной водопотребностью облада-

ет смесь белгородского цемента с добавкой «Пенострома». При использовании в качестве пенообразователя «Морпен» пеноцементная смесь на белгородском цементе имеет более высокую (на 10 %) водопотребность теста нормальной гу-

стоты. Максимальную водопотребность имеет смесь на основе «Пенострома» и

топкинского цемента (24,45 %), а также белого цемента (25,7 %). Необходимо отметить, что во всех рассматриваемых составах пенообразователь снижает во-

допотребность цементной системы, при этом, эффективность «Пенострома» и «Морпена» в целом отличалась незначительно.

В качестве модельных пенообрезующих добавок использовали «Пено-

стром» и «Морпен».

В табл. 3 представлено влияние вида цемента на сроки схватывания пено-

цементной смеси. Сроки схватывания определяли в соответствии с [10].

Из табл. 3 видно, что все три исследуемых цемента имели сроки схваты-

вания, удовлетворяющие требованиям ГОСТ [11, 12]. Однако, белгородский цемент обладает более длительными сроками схватывания, чем белый. «Пено-

стром» ускорял начало схватывания белого и белгородского цементов, но не повлиял на схватывание топкинского цемента. «Морпен» в большинстве слу-

чаев незначительно сокращал сроки схватывания цементного теста.

Влияние вида цемента на объем пеноцементной смеси при формовании представлен в табл. 4.

7

Из данных табл. 4 следует, что объем пены, получаемый на разных пено-

образователях, уменьшается с увеличением в цементе С3А. Для белгородского цемента объем пены на анионном и катионном пенообразователях практически одинаков и составляет 0,41 и 0,44 л соответственно.

Для исследования влияния вида цемента на физико-механические харак-

теристики пенобетона были изготовлены пенобетонные смеси с использовани-

ем разных цементов. Режим изготовления образцов, условия твердения и все прочие показатели были одинаковыми. Результаты исследований влияния вида цемента на физико-механические характеристики пенобетона приготовленного с использованием модельного пенообразователя «Пеностром» (концентрация

0,08 мас. %) представлены в табл. 5.

Исходя из экспериментальных данных можно сделать вывод, что повы-

шение содержания C3A в цементе увеличивает плотность до 660 кг/м3, при этом прочность на сжатие увеличивается незначительно (с 1,9 МПа до 2,1 МПа).

Увеличение плотности пенобетонной смеси обусловлено тем, что молекулы анионного пенообразователя «Пеностром», имея отрицательно заряженную функциональную группу –SO3ˉ, адсорбируются на частицах гидроалюмината кальция, имеющих положительный заряд поверхности. По мере увеличения со-

держания C3A в цементе концентрация пенообразователя в жидкой фазе падает,

что ухудшает свойства пенобетонной смеси.

8

Химия, физика и механика материалов. Выпуск № 1 (28), 2021

Влияние модельного пенообразователя «Морпен», содержащего катион-

ные функциональные группы представлено в табл. 6. Образцы были изготовле-

ны по такой же технологии, что и с пенообразователем «Пеностром». Концен-

трация пенообразователя в системе составляла 0,08 мас.%.

Из данных табл. 6 видно, что повышение содержания C3A в цементе с 4,1

до 15 % снижает плотность с 580 кг/м3 до 520 кг/м3. Однако, влияние C3A на плотность камня из пеноцемента на основе «Морпена» значительно меньше, чем при использовании в качестве пенообразователя «Пеностром». Это объясняется содержанием в «Морпене» дополнительных стабилизаторов, которые нивелиру-

ют отрицательное действие избытка C3A. К сожалению, при увеличении содер-

жания C3A в цементе механическая прочность пенобетона резко снижается (она в 1,5-2 раза меньше, чем прочность пенобетона на основе «Пеностром»).

Вид цемента и пенообразователя сильно влияют на физико-механические характеристики пенобетона. Очевидно, что эти факторы будут оказывать влия-

ние на технологические факторы производства пенобетонных изделий. Исполь-

зованные цементы отличаются не только содержанием C3A, но других клин-

керных минералов. Для проверки влияния клинкерных минералов на пенную систему была выполнена дополнительная серия экспериментов.

Эксперименты выполнялись на белгородском цементе ЦЕМ I42,5Н. В ка-

честве модельного пенообразователя использовали «Пеностром», рабочая кон-

центрация которого составляла 0,08 мас. %. Известно, что при производстве пенобетонных изделий важно обеспечить стабильность пены в первые часы приготовления смеси, пока не произойдет схватывание вяжущего. Из литера-

9