При производстве арболита возникает главная задача: избавится от влияния вредных сахаров и других веществ, которые выделяет древесный заполнитель (щепа). Сахара негативно влияют на цемент, на его затвердевание, а соответственно на прочность изделия. Для этого в состав вводятся химические добавки для арболита, то есть выполняется модификация цементного раствора. Из всех методов по улучшению качества арболита именно добавление химического компонента на этапе замеса раствора является наиболее эффективным, позволяет нейтрализовать вредные вещества с наименьшими экономичными и трудовыми затратами.
Применение химических добавок для модификации цементного раствора арболита
Модификация производится следующими добавками:
- добавлением высокомолекулярных соединений. Введение жидкой резины (латекса), приводит к появлению упругих свойств цементного камня — это позволяет решить проблему усушки древесной щепы. Если использовать просто цемент без модификатора, то появляются микротрещины, и снижается прочность.
- добавлением минеральных добавок. Они создают вокруг щепы прослойку, на которую не воздействуют сахара. К минеральным химическим добавкам относятся: сочетания измельчённого известняка с натриевым жидким стеклом, раствор полиакриламида с хлористым алюминием, раствора полиакриламида с известняком и карбонатом аммония
- добавлением пластифицирующих добавок и вяжущих низкой водопотребности. Сам по себе пластификатор увеличивает подвижность цементного раствора. Подвижность можно оставить обычную, снизив расход воды. Чем меньше расход воды, тем меньше вымывается из щепы сахаров. Вяжущие низкой водопотребности — это цемент и пластифицирующая добавка в одном мешке.
- добавлением воздухововлекающих добавок. К ним относят: омыленный древесный пек; смолу воздухововлекающую, смолу древесную омыленную и прочие. Добавление воздухововлекающией добавки позволяет уменьшить расход цемента. Соответственно, чем меньше цемента, тем меньше воздействий древесных сахаров на арболит. По структуре есть схожесть с газосиликатом или пенобетоном.
Самые эффективные методы модификации цементного раствора
Из вышеперечисленных методов наибольшую эффективность показали применение добавок ускорителей процессов схватывания и твердения цемента и добавки-пластификаторы. Добавление высокомолекулярных соединений и воздухововлекающих компонентов – это дорогой и сложный процесс, поэтому в практике производства арболита широкого применения они не нашли.
Не многие знают, что помимо применения известного и описанного в ГОСТе хлористого кальция и сульфата алюминия для арболита существует очень большое количество других химических компонентов. Многие составы скрыты от наших глаз патентами. Однако согласно многолетним исследованиям можно выделить следующие эффективные химические добавки для арболита ускоряющие твердение цемента: хлористый кальций, хлористый алюминий, хлористое железо, сульфат натрия, сода, жидкое стекло, соляная кислота, хлористый магний, хлористый барий, хлористый бериллий. Из эффективных добавок, выступающих в качестве пластификатора известны: СМ-1, СМ-2, ГП-1, С-3, Реламикс и др.
Чтобы уменьшить влияние древесных сахаров, и в то же время улучшить показатели прочности известна практика совместного применения ускорителей и пластификаторов.
Хлористый кальций для арболита
Самая популярная добавка для производства арболита как в странах бывшего Советского Союза, так и для производства деревобетона за рубежом это хлористый кальций.
Хлористый кальций выступает в роли пластификатора для бетонной смеси. Даже небольшое количество хлористого кальция способно ускорить схватывание и твердения бетонного раствора.
Поговорим о недостатках. Цемент для арболита по составу различается. Например, на практике российский состав цемента может отличаться от европейского состава, даже если будет указана одна и та же марка. А хлористый кальций очень чувствительный к составу и его пропорцию нужно подбирать для каждого из цементов только опытным путем. Он сильно поглощает влагу из воздуха (гигроскопичность) и поддерживает постоянную влажность бетона. Это свойство немного ухудшает показатели прочности арболита, как и ухудшает теплоизоляционные характеристики. Из-за использования хлористого кальция на поверхности бетона появляются выцветы, а его химическая стойкость по отношению к другим химикатам уменьшается.
Несмотря на вышеперечисленные недостатки, хлористый кальций и сейчас активно применяют в производстве арболита, потому что это очень сильный ускоритель твердения.
Сульфат алюминия (сернокислый глинозём)
В сравнении с хлористым кальцием сульфат алюминия не обладает сильной гигроскопичностью, на поверхности арболита не образует выцветов, а химическая стойкость бетона не ухудшается.
Но в то же время введение сульфата алюминия уменьшает прочность арболита на 10-12%.
Жидкое стекло
Жидкое стекло в арболите работает по-другому, нежели хлористый кальций и сернокислый глинозем: образует пленку, которой обволакивает щепу, таким образом, защищает цемент от древесных ядов щепы.
Но изготовленный арболит на жидком стекле имеет на 50% более низкую прочность, в сравнении с хлористым кальцием.
Поэтому, если и использовать жидкое стекло, то только совместно с другими модификаторами. Известно совместное использование жидкого стекла и хлористого кальция. Определена пропорция: 1% жидкого стекла и 4% хлористого кальция от массы цемента. Применения этой комплексной добавки требует проведения термообработки древесного заполнителя, что увеличивает затраты при производстве, а соответственно стоимость изделия из арболита.
Известно также применение комплексной добавки состоящей из сернокислого глинозема и жидкого стекла. Это сочетание повышает прочность арболита в 1,5-2 раза, при этом щепу не обязательно подготавливать (вылеживать, минерализовать и т.д.).
Другие комплексные химические добавки для арболита
Кроме вышеперечисленных популярных компонентов известны другие не менее эффективные химические добавки для арболита, однако их применение по разным причинам ограничено:
- Фосфорная кислота и окислы металлов
Благодаря вяжущим свойствам этого модификатора увеличивается прочность, огнестойкость, и теплоизоляционные и звукоизоляционные свойства арболита. Но, чтобы приготовить такой состав нужно сырье (большое количество отходов металлургических заводов), которое найти проблематично.
- Глицерин
Глицерин в количестве 1,5-4% от массы цемента увеличивает прочность арболита, способствует быстрому твердению цемента, улучшает прочность сцепления щепы с цементным вяжущим. Его сочетание с хлористым кальцием позволяет полностью растворить зерна цемента, улучшить однородность цементного камня и его адгезионных свойств. Однако глицерин – это дорогое удовольствие, по стоимости в 4 раза превышающее стоимость хлористого кальция.
- Карбамидная смола и борогипс
Карбамидная смола в сочетании с борогипсом образует нерастворимое соединение, которое не дает выходить экстрактивным веществам, содержащимся в древесном заполнителе. Широкого применения этот состав не нашел из-за дефицита борогипса.
- Гидроокись кальция и карбонат аммония
Два компонента вступают в реакцию: на поверхности щепы образуется твердая корка из карбоната кальция. Древесный заполнитель становится химически менее активен по отношению к цементу. Количество добавки 5-7% от массы цемента. Комплексная добавка ускоряет процесс твердения, улучшает сцепление древесного заполнителя с цементным камнем. Однако использование комплексного состава ограничено из-за аммиака, который выделяет карбонат аммония.
- Хроматы (соли хромовой кислоты)
Модифицированная добавка, содержащая хромат-ион, применяется для изготовления армированных арболитовых изделий. Ее использование замедляет коррозию арматуры. Сочетание хромат-иона с нитрит-нитратом хлорида кальция (в количестве 4-5% от массы цемента) позволяет ускорить процесс твердения и увеличить прочность арболита на 57%.
- Гидролизный лигнин
Благодаря использованию древесного гидролизного лигнина, у арболита уменьшаются показатели водопоглощения (снижение гигроскопичности в 3,9-4,2 раза при испытаниях в 100% влажной среде), прочность на сжатие увеличивается в 2 раза. Лигнин – безопасный для человека компонент (его даже используют в медицине), предназначен для производства арболитовых изделий, которые будут эксплуатироваться при большой влажности. Здания из такого арболита будут более долговечными. К сожалению, лигнин произвести очень сложно и дорого. Этот факт ограничивает его применение в качестве добавки в арболит.
- Торфяная вытяжка
Торфяная вытяжка повышает прочность арболита, увеличивая подвижность цементного раствора, улучшая обволакивание древесного заполнителя. Недостаток использования торфяной вытяжки: щепу предварительно нужно вымачивать в растворе метанола при температуре 80-100 градусов. А если в арболитовый состав добавить волокна верхового торфа, то они, перемешиваясь со щепой и цементом, переплетутся и создадут своего рода арматуру для арболита. Прочность «армированного» торфяными волокнами каркаса будет высокая во всех направлениях.
- Кремнеземсодержащий отход
Частицы аморфного кремнезема из которых состоит кремнеземсодержащий отход при перемешивании с арболитовой смесью обволакивают щепу. Таким образом, повышается прочность при статистическом изгибе, уменьшается водопоглощение. Ограничение использования: в странах СНГ трудно найти кремнеземсодержащие отходы.
- Сульфатный щёлок (черный щелок)
Черный щелок выступает как минерализатор щепы. Обеспечивает хорошее сцепление цементного камня с древесным заполнителем, увеличивая плотность. Ограничение применения: сульфатный щелок является дефицитным сырьем.
- Комплекс: полиметаллический водный концентрат, тонкодисперсный минеральный продукт газоочистки и тонкодисперсный доломитовый утяжелитель
Этот комплексный состав улучшает физико-механические свойства арболита, препятствует влиянию древесных ядов, ускоряет процесс твердения.
- Комплекс: высококальциевая зола-унос, поливинилацетатом (ПВА), жидкое стекло
Химические добавки, входящие в этот комплекс позволяют произвести арболит с высокой прочностью и низкой теплопроводностью. Однако добавка достаточно нестабильно действует на цементный камень.
Существует много различных исследований по применению комплексных добавок. В основном комплексные химические добавки для арболита улучшают его физико-механические свойства, но в то же время имеют определенные недостатки, а некоторые имеют ограничения в применении.
Поэтому научный вопрос разработки новой эффективной добавки остается актуальным. В то же время открыт вопрос разработки «экспресс-методики» по оценке влияния химических компонентов на арболит. Все исследования обычно выполняются прямым методом: изготавливается и испытывается большое количество образцов арболита.
Исследование влияния химических компонентов на прочность арболита
Специалисты проекта Stavba.ru по разработанной экспресс-методике исследовали известные химические добавки для арболита: хлористый кальций, сода, соляная кислота, жидкое стекло, магний сернокислый, марганец сернокислый, кальциевая селитра, сульфат аммония, цинк сернокислый, медный купорос, хлористый калий, хлористый натрий.
Исходные данные: цемент ПЦ 500 Д0 с густотой цементного теста 28%, расход цемента 400кг/м3, расход щепы 240кг/м3, отношение воды к цементу = 1,1. В состав каждого образца добавляли химический компонент.
По результатам в таблице видно, что химические добавки, такие как хлористый кальций, жидкое стекло, добавка Stavba дают такую плотность и прочность арболита, что позволяют отнести его к конструкционно-теплоизоляционному виду материала.
- Добавка хлористого кальция – оптимальный расход 2% от массы цемента, прочность арболита на сжатие 4,1 МПа, плотность 650 кг/м3
- Добавка жидкого стекла – оптимальный расход 2% от массы цемента, прочность арболита на сжатие 2,98 МПа, плотность 650 кг/м3
- Добавка Stavba – оптимальный расход 2% от массы цемента, прочность арболита на сжатие 3,76 МПа, плотность 650 кг/м3
Если у вас возникли вопросы, вы можете обратиться к специалистам Stavba.ru в форме обратной связи на странице сайта «О нас».
