---

Центрифугированные автоклавные бетоны на молотой негашеной извести и их свойства

Развитие производства сборных конструкций для строительства материалы и изделия автоклавного твердения на базе местных дешевых сырьевых ресурсов - песка и извести - представляют особый интерес.
Исследования, проведенные за последнее время в лаборатории силикатных и легкобетонных изделий Института строительной техники Академии архитектуры СССР, показали, что из известково-песчаных смесей на молотой негашеной извести при уплотнении центрифугированием возможно получать мелкозернистые автоклавные бетоны с высокими показателями прочности и морозостойкости.
Основные технологические особенности изготовления автоклавных изделий с применением в качестве уплотнения метода центрифугирования были установлены в работах М. С. Шварцзайда. В результате этих работ было выявлено, что уплотнение известково-песчаных масс центрифугированием дает возможность изготовлять широкую гамму как неармированных, так и армированных бетонных и железобетонных конструкций.
Центрифугирование позволяет уплотнять массу с одновременным отжатием избыточного количества воды, введенной в смесь для получения необходимой подвижности. Однако отжатая вода увлекает некоторое количество тончайших частиц извести и дисперсных частиц песка, что при избытке воды может вызвать расслоение массы и падение прочности фабриката. Из опытов, проведенных Л. С. Болквадзе, выявилось, что задача подбора величины водной добавки в этом случае сводится к определению наименьшего количества воды, обеспечивающего необходимую удобоукладываемость массы с тем, чтобы при центрифугировании отделение воды было бы наименьшим.
Уплотнение известково-песчаной массы при центрифугировании осуществляется не только за счет центробежной силы, но и сопровождающего ее вибрирования, возникающего благодаря неизбежному сотрясению быстро вращающихся форм на роликах станка.
Эти две особенности центрифугирования и обеспечивают повышенную прочность и плотность изделий.
Принципиальная возможность и эффективность применения молотой негашеной извести в производстве известково-песчаных автоклавных бетонов основана на ее способности в определенных условиях к гидратационному схватыванию и твердению, открытой И. В. Смирновым.
Сущность гидратационпого твердения молотой негашеной извести по И. В. Смирнову и Б. В. Осину1 заключается в том, что затворенный водой топкий порошок негашеной извести в результате энергичного взаимодействия с водой при определенных условиях весьма быстро схватывается и твердеет, подобно гипсу и другим вяжущим. При этом схема твердения молотой негашеной извести может быть принята в общем такой же, как и для других вяжущих веществ.
Условия, при которых известь способна схватываться столь же быстро, как гипс (в течение нескольких минут), были установлены И. В. Смирновым и Б. В. Осиным и сводятся, применительно к рассматриваемым нами известково-песчаным смесям, в основном к следующим:
1) негашеная известь должна быть измельчена путем механического помола (желательно с поверхностно-активными понизителями твердости и замедлителями схватывания) в возможно более топкий порошок;
2) u смесь должно быть введено оптимальное количество воды, зависящее, от вида извести, топкости ее помола, зернового состава всей смеси и т. п.; недостаток воды приведет к превращению извести в пушонку, а избыток - в весьма медленно схватывающееся тесто; необходимо в общем такое, количество воды, которое обеспечивает надлежащую удобоукладываемость смеси и вместе с тем не приводит к интенсивному парообразованию под влиянием теплоты, выделяемой при гидратации извести; для отвода тепла в период схватывания извести И. В. Смирновым предложено применять металлические формы, охлаждаемые соответствующей средой, и т. п.;
3) формование изделий должно быть закончено до начала резкого повышения температуры смеси, так как в противном случае смесь окажется неудобоукладываемой.
Скорость гидратации извести, как показали исследования К. С. Зацепина1, Г. И. Логгинова2, Ю. М. Бутта и др. поддается регулированию. Наиболее эффективными замедлителями гидратации, по данным Г. И. Логгинова, являются комбинированные добавки, состоящие из поверхностно-активных веществ (сульфитно-спиртовой барды, гуматов и т. п.) и сульфатов кальция или магния.
Схватившаяся вследствие гидратации известь далее продолжает твердеть вследствие уплотнения получившегося геля и перекристаллизации Са(ОН)2 при испарении излишней воды, а в последующем - и благодаря карбонизации.
В целом соблюдение выше отмеченных условий, необходимых для успешного прохождения процесса гидратационного твердения извести, переводит ее из разряда особо медленно схватывающихся и весьма медленно твердеющих вяжущих в разряд весьма быстро схватывающихся и сравнительно быстро твердеющих.
Для изучения ряда вопросов, связанных с применением молотой извести-кипелки в производстве центрифугированных известково-песчаных автоклавных бетонов, Л. С. Болквадзе под руководством соавторов выполнил в 1953-1954 гг. в лаборатории силикатных и легкобетонных изделий ряд опытов.
В этих опытах применялись смеси трех основных составов (табл. 1).
Таблица I
Составы смесей в % по весу

Ук составов	Известь лыткаринская	Песок мнеыникскиА
1	10	90
2	15	85
3	20	80

Смеси из дробленой извести-кипелки и высушенного песка (из карьера Краснопресненского силикатного комбината) подвергались помолу в лабораторной шаровой мельнице до остатка 30-35% па сите с отверстиями 0.15 мм.
Часть каждой смеси подвергалась предварительному увлажнению и выдерживанию в паровой среде (при нормальном давлении) до полного гашения извести. Затем для придания необходимой подвижности смесь дополнительно увлажнялась для получения надлежащей удобоукладываемости, определяемой заданным методом формования образцов. Из другой части каждой смеси образцы формовались сразу после увлажнения и перемешивания, так что известь не успевала гидратироваться. При этом соответствующее внимание уделялось быстроте подготовительных операции. В целях некоторого замедления процесса гидратации извести в смеси вводилась добавка двуводного гипса в количестве 7% от веса извести.
Для каждого состава и для каждого способа укладки опытным путем подбиралась оптимальная добавка воды. Этот оптимум определялся испытанием ряда образцов, изготовленных с различным количеством воды. За оптимальное для каждого данного состава при данном методе уплотнения принималось то количество воды, при котором образцы имели наибольшие показатели прочности и плотности.
Так, при содержании 10, 15 и 20% негашеной извести оптимальная влажность соответственно составляла: для образцов, изготовленных литьем, 18, 20 и 22%, для виброуплотненных образцов 16, 18 и 20%. Оптимальная влажность массы для центрифугированных образцов при содержании 15% негашеной извести составляла 18% (вода затворения). При этом остаточная влажность не превышала 10-11%.
Из смесей на гидратированной извести образцы изготовлялись литьем, трамбованием, виброуплотнением, прессованием и центрифугированием. Из смесей на негашеной извести образцы изготовлялись только литьем, виброуплотнением и центрифугированием, так как изготовлять при этих условиях прессованные и трамбованные образцы не удавалось (образцы вспучивались и растрескивались).
Формование образцов осуществлялось следующим образом:
1) укладка без принудительного уплотнения (литье) производилась с применением лишь легкого встряхивания;

1. 2) трамбование осуществлялось ударной работой (0,5 кг/м на 10 г сухой смеси);
   3) вибрирование образцов производилось на виброплощадке системы Десова и Кузнецова (амплитуда колебания была 0,825- 0,875 мм, частота - 3 000, продолжительность вибрации - 1 мин.);
   4) прессование производилось под давлением 150 кг/см2;
   5) центрифугирование осуществлялось на лабораторном
   центробежном станке свободно-роликового типа; скорость вращения при загрузке форм была до 150 об/мин, а при уплотнении -
   600-700 об/мин; общая продолжительность уплотнения - 8 мин.
   Запаривание образцов производилось в лабораторном или в производственном автоклаве при следующем режиме: подъем давления до 8 ати от 1.5 до 2 час. выдерживание под давлением 8 ЙП; - 8 час, спуск пара - от 1,5 до 2 час. Испытывалась кубы со сторонами 5 см. Центрифугированные образцы аналогичного размера выпиливались из призм размерами 20X20X50 см.
   Из результатов испытаний видно, что при всех методах уплотнения относительно наивысшей прочности корреспондирует и относительно наибольший объемный вес, что указывает па наиболее плотную упаковку твердых частиц конгломератной смеси. Из этого следует, что для известково-песчаных автоклавных мелкозернистых бетонов, так же как и для других бетонов, необходимое для наиболее компактного размещения частиц в смеси количество воды зависит от принятого метода уплотнения смеси и может быть определено простым физическим признаком наибольшего объемного веса образца или, что то же, минимальным выходом бетона при заданных параметрах смешивания и уплотнения.
   При применении гидратной извести наименьшую прочность имеют изделия, отформованные литьем, затем идут изделия, отформованные методами трамбования, вибрирования и прессования; наиболее же высокой прочностью характеризуются центрифугированные изделия. Такой порядок роста прочности наблюдается для всех трех рассматриваемых составов. При этом наиболее резкий рост прочности наблюдается в массах с меньшим содержанием извести. Это показывает, что с уменьшением количества извести, вводимой в смесь, значение фактора уплотнения увеличивается. В этом случае с уменьшением количества применяемой извести уменьшается удобоукладываемость массы, что и предопределяет необходимость повышения степени ее уплотнения.
   Метод уплотнения имеет существенное значение и при работе с молотой негашеной известью.
   В этом случае образцы, отформованные литьем, также характеризуются наименьшей прочностью, затем идут вирированные и центрифугированные образцы. Однако при применении негашеной извести прочность увеличивается при усилении уплотнения (от литья до центрифугирования) менее резко; разница в прочности образцов, изготовленных, например, литьем и вибрированием лежит в пределах от 2 до 11% в то время, как для образцов на гидратной извести эта разница составляет от 30 до 140%. В целом же при применении как гидратной извести, так и негашеной извести, центрифугированные образцы имели прочность примерно в 1,5 раза больше, чем аналогичные вибрированные.
   В процессе опытов было обнаружено, что при центрифугировании смесей на негашеной извести интенсивность уплотнения (продолжительность процесса, скорость вращения форм) оказывает менее значительное влияние на прочность фабриката, чем при работе со смесями на гидратированной извести.
   Эффективность применения молотой негашеной извести в производстве известково-песчаных автоклавных бетонов отчасти заключается в том, что часть воды, вводимой для обеспечения необходимой удобоукладываемости массы, вступает во взаимодействие с тонкомолотой известью, находящейся в отформованном изделии. Благодаря этому, а также благодаря несколько меньшей общей водопотребности смесей с молотой негашеной известью влажность изготовленного из них сырца становится примерно на 30-35% меньше, чем влажность сырца из смесей аналогичного состава, в которых известь к моменту формования была гидратирована. При прочих равных условиях влажность центрифугированного сырца на негашеной извести не превышала 8-9%, а на гидратной извести была равна 13-14% и выше.
   Характерно, что сырец из негашеной извести быстро получает сравнительно высокую прочность до автоклавизации. Выпиленные из центрифугированных образцов (спустя 40-60 мин. после формования) кубы 5X5X5 см показали прочность при сжатии 25-30 кг/см2.
   Помимо высокой прочности и плотности, центрифугированные известково-песчаные автоклавные мелкозернистые бетоны на негашеной извести характеризуются высокими показателями и по другим свойствам. Водопоглощение центрифугированных известково-песчаных автоклавных бетонов на негашеной извести составляет 9%, а на гидратной извести -14-16%. Коэффициент размягчения образцов, изготовленных на негашеной извести, составлял около 0,85, в то время как для образцов на гидратной извести этот показатель не превышал 0,65.
   Ранее проведенные исследования показали, что морозостойкость обычных известково-песчаных автоклавных изделий па гидратной извести (особенно уложенных без принудительного уплотнения пли с виброуплотнением) вообще весьма невысока: даже центрифугированные образцы выдерживали в этих случаях менее 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Применение же негашеной извести повышает морозостойкость образцов весьма резко.
   Изменение веса и прочности автоклавных образцов на негашеной извести после 25 циклов попеременного замораживания и оттаивания (средние показатели из трех образцов) показывают, что потери в весе таких образцов после 25 циклов не наблюдалось. Тщательный осмотр образцов показал, что образцы не имели никаких следов разрушения, а потери прочности не превышали 10-15%. Продожавшиеся опыты показали, что центрифугированные и вибрированные известково-песчаные автоклавные бетоны на молотой негашеной извести выдержали без каких-либо видимых изменений 200 циклов попеременного замораживания и оттаивания. При этом падение прочности для центрифугированных образцов не превышало 25%.
   Литые же образцы на негашеной извести хотя и оказались значительно более морозостойкими, чем при применении гидратной извести, однако морозостойкость их оказалась не выше 100 циклов.
   Изучение основных механических свойств центрифугированных образцов, проведенное Л. С. Болквадзе в лаборатории силикатных и легкобетонных изделий Института строительной техники, показало, что отношение призменной прочности к кубиковой у мелкозернистых автоклавных известково-песчаных бетонов значительно выше, чем у обычных бетонов тех же марок. Это, по-видимому, находится в связи с мелкозернистым характером строения образцов.
   Модуль упругости высокопрочных центрифугированных известково-песчаных автоклавных бетонов при сжатии (при прочности от 500 до 800 кг/слг2) лежит в пределах 200 000-250 000 кг/см2, что примерно а два раза меньше, чем расчетные модули упругости для цементных бетонов тех же марок. Предельные относительные деформации высокопрочных центрифугированных автоклавных бетонов мало зависят от их марки и находятся в пределах 25- 10 4-30- 10~4, что почти в два раза больше, чем для цементных бетонов топ же прочности.
   Соотношение между условным пределом прочности при изгибе и кубиковой прочностью для центрифугированных известково-песчаных автоклавных бетонов составляет 0.11-0,14. причем более низкие показатели относятся к бетонам более высоких марок.
   Отмеченные выше расхождения в основных механических характеристиках между центрифугированными автоклавными бетонами и обычными цементными бетонами объясняются наличием в первых некоторого количества свободной извести, характеризующейся повышенной деформативностью, а также мелкозернистым их строением.
   Опыты показали, что сила сцепления арматуры с центрифугированным автоклавным бетоном на негашеной извести доходит до 70 кг/см2, что примерно в два раза больше, чем в аналогичных бетонах на гидратной извести.

ВЫВОДЫ

1. Применение в производстве известково-песчаных изделий молотой негашеной извести при рациональном использовании ее способности к гидратационному твердению дает возможность значительно повысить просность, плотность и морозоустойчивость известково-песчаных бетонов автоклавного твердения.
2. ДЛЯ получения высокопрочных известково-песчаных автоклавных изделии, к которым предъявляются высокие требования в отношении прочности и морозостойкости (пустотелые столбы и колонны, балки, лестничные ступени и т. д.), наиболее эффективным следует считать способ, основанный на уплотнении массы центрифугированием при одновременном применении молотой негашеной извести.

Действ чл. Академии стр-ва и арх-ры СССР проф. Н. А. ПОПОВ,
кандидаты техн. наук М. С. ШВАРЦЗАЙД н Л. С. БОЛКВАДЗЕ

-