Усадка пенобетонов: причины возникновения и способы борьбы

К неавтоклавному пенобетону, как к материалу, недавно возродившемуся после длительного забвения, предъявляются зачастую завышенные требования и претензии, порой весьма причудливые. Кроме надуманных нареканий покупателей, существуют и вполне объективные недостатки пенобетона. Наибольшие вопросы вызывает так называемая усадка, а точнее усадочные трещины. На данный момент уже поутихли страсти вокруг этого вопроса, нет таких ожесточенных дискуссий, но это не значит, что вопрос с усадкой был решен. Скорее наоборот: большинство производителей пенобетона и строителей просто смирились с ней – штукатурим и клеим обои, а под ними трещины не видны. А ведь существуют вполне доступные способы минимизации усадки - надо просто грамотно подойти к этой проблеме.

Теперь собственно к вопросу, что же такое усадка.

Усадка возникает у всех композиций, содержащих в своем составе цемент, и складывается из нескольких составляющих: контракционной усадки, влажностной усадки и карбонизационной усадки.

1. Контракционная усадка.

Если затворить 100 грамм цемента водой в мерной емкости, после его схватывания и твердения мы можем заметить, что объем затвердевшего цементного камня на 3…5 мл меньше объема цементного теста, из которого этот камень получили. Вот это явление и получило название контракционной усадки. Бороться с этой усадкой можно только уменьшая в цементно-песчаной композиции количество самого цемента, соответственно увеличивая количество заполнителя, в случае с пенобетоном – это возможно только за счет увеличения количества песка в смеси (в случае с тяжелым бетоном можно увеличить количество в смеси не только песка, но и щебня). Естественно, заменив часть цемента песком, мы потеряем какую-то часть прочность пенобетона – а с пенобетоном такой фокус проделывать довольно опасно, часто прочность пенобетона находится на нижнем пределе прочности для его плотности.

Обратите внимание, поскольку усадке в пенобетоне подвержен только цемент то и такой путь борьбы с ней как увеличение количества заполнителей в смеси позволяет уменьшить все три вида усадки. Поэтому если есть возможность применять пенобетон прочностью «поменьше» не стоит перестраховываться и оставлять количество цемента проектным – лучше снизьте его и получите пенобетон меньшей прочности, но зато и с меньшей усадкой.

2. Карбонизационная усадка.

Эта усадка начинается практически сразу после изготовления пенобетона и продолжается в течение всего срока службы изделий из пенобетона. Заключается она в том, что находящаяся в цементном камне известь СаО, образовавшаяся в результате реакций гидратации вступает в реакцию с углекислым газом (СО 2 ), являющимся частью атмосферы, с образованием карбоната кальция СаСО 3 (он же банальный мел) со всеми вытекающими отсюда неприятными последствиями – общий объем системы уменьшатся, прочность бетона тоже падает и пенобетон «рвет». Визуально образцы пенобетона, в которых проходит карбонизационная усадка, приобретают светло-желтый цвет. Особенно интенсивно карбонизационная усадка протекает в теплоизоляционных пенобетонах: чем меньше плотность пенобетона, тем легче углекислому газу добраться вглубь материала. У конструкционных же пенобетонов плотностью 700…900 кг/м. куб. пролежавших на открытом воздухе достаточно долго, на изломе образца достаточно четко видна граница пенобетона в котором прошла реакция карбонизации с пенобетоном еще не прореагировавшим с СО2.

Бороться с этой усадкой можно только защищая пенобетон от воздействия атмосферного воздуха, при кладке стен это обязательное их оштукатуривание или гидрофобизация, при монолитной заливке, допустим, кровель, - это устройство качественной паро- и гидроизоляции монолитного пенобетона и т. п. Кроме уменьшения карбонизационной усадки такой способ позволяет снизить также усадку влажностною.

Кстати интересный эксперимент был проведен д.т.н., профессором Белгородского технологического университета Коломацким А. С.: изготовленный нами теплоизоляционный пенобетон плотностью 250 кг/м. куб. в количестве 1 м. куб. был складирован в подвальном помещении, в которое был затруднен доступ атмосферного воздуха. Пенобетон из той же партии находился на открытой площадке. Образцы пенобетона, находившиеся на открытом воздухе, через год были покрыты сеткой трещин, обусловленных карбонизационной усадкой, цвет образцов был светло-желтый по всей толщине. На образцах пенобетона из подвального помещения усадочные трещины отсутствовали, цвет образцов светло-серый. Т. е. защитив пенобетон от воздействия углекислого газа атмосферного воздуха можно практически полностью избавиться от карбонизационной усадки.

3. Влажностная усадка

Рассказ о влажностной усадке мы предоставляем одной из старейших российских книг о производстве пенобетона: Гензлер М. Н., Линденберг С. А. Пенобетонщик – Л., Главная редакция строительной литературы, 1936 г.:

Рис. Изменения деформаций усадки ячеистого бетона во времени
1 - автоклавный; 2- беавтоклавный

(Рисунок из книги Кривицкий М. Я. И др. Ячеистые бетоны. , М.: Издательство литературы по строительству, 1972 г .)

« § 52. Связь усадок с увлажнением

Большое значение имеет (влажностная) усадка. Цемент, твердея, изменя­ется в объеме. На воздухе цементное тесто уменьшается в объеме, и размеры изделия укорачиваются. Это укорочение называется усадкой. Если взять давно затвердевший пенобе­тон и поставить его во влажные условия, то он начнет увели­чиваться в объеме, удлиняться, и это удлинение называют разбуханием. Если же, наоборот, подсушивать пенобетон, то он начнет уменьшаться в объеме и обнаружит усадку.

Многолетние наблюдения над цементами, растворами и бе­тонами подтверждают, что объем всех изделий из цемента зависит от влажности, и с изменением условий хранения на­блюдается либо усадка (при высыхании), либо разбухание (при увлажнении).

Пенобетон особенно сильно подвержен усадкам по двум причинам: пористость его способствует быстрому прониканию воздуха, а вместе с ним и влаги вовнутрь пенобетона, а поэтому он увлажняется или высыхает много быстрее, чем обык­новенный бетон на гравии или щебне. Кроме того, песок, гра­вий и щебень не испытывают усадок и препятствуют сцепив­шемуся с ними цементу увеличивать или уменьшать объем изделия и тем уменьшают и усадку и разбухание. Если бы высыхание пенобетона происходило бы равномерно по всей толще его, то и усадка блока была бы равномерной, и вреда от усадки не было бы. Но высыхание с поверхности происхо­дит быстрее, чем изнутри, быстрее высыхают кромки и углы, а это ведет к тому, что усадка обнаруживается больше всего у углов, затем у ребер, по поверхности плит и меньше всего внутри, посередине.

Наружные части пенобетона будут стремиться сократиться, а внутренние части будут препятствовать сокращению. Это может повести к тому, что наружные части не выдержат и разорвутся, появится сначала очень тонкая и неглубокая трещина, а затем по мере дальнейшего высыхания трещина будет углубляться и расширяться. И чем слабее материал, тем легче появиться трещине, тем они будут чаще и опаснее. Такая картина нередко наблюдается на практике. Какой же практический вывод мы сделаем из этих наблю­дений? При выдерживании пенобетона в формах, надо не давать ему высыхать слишком быстро, а для этого пенобетон опрыскивают водой и даже наливают воду в форму поверх блока.

После распалубки блоки на складе лучше всего поставить на ребро для того, чтобы просыхание обеих сторон шло воз­можно равномернее.

Но надо создать такие условия, чтобы просушка внутрен­них частей не слишком отставала бы от просушки наружных, т. е. надо задержать высушивание с поверхности, если мы не можем ускорить высыхание внутреннего ядра. Для этого опять надо увлажнять пенобетон с поверхности и держать его в воз­можно влажном помещении.

Слишком обильная поливка задерживает усадку как снару­жи, так и внутри, но вредного влияния на прочность не ока­зывает. Неравномерное увлажнение одного бока, когда другой не увлажняется, вредно. Чем более твердеет пенобетон, тем легче должна быть поливка.

Скорость высыхания зависит от очень многих причин: от того, есть ли корочка по лицу или по нижней постели плиты, насколько она тонка; велики или малы ячейки в пенобетоне; от их толщины; насколько тесно поставлены блоки; от темпе­ратуры воздуха, от влажности его; от сорта цемента и еще от многих причин. Раз много причин, то заранее наметить срок выдержки и степени увлажнения нельзя, а следует в каждом случае решать по обстоятельствам, твердо помня, что задача выдержки — дать вызреть пенобетону в возможно благо­приятных условиях.

Мы наблюдали иногда, что, казалось бы, правильно выдер­жанный пенобетон все же покрывается трещинами. Когда мы подробно вникали, в чем тут дело, то всегда оказывалось, что плиты с трещинами попадали в условия неравномерного высыхания. Либо плита оказывалась у дверей на сквозняке, либо на нее попадало солнце, или еще что-нибудь в этом роде. Это происходит оттого, что и ветер и солнце всегда ускоряют высыхание, и блок быстро высох с поверхности, в то время как внутренние слои его сохли медленно, усадка была так велика на поверхности, что получался разрыв и появлялись трещины. Явление это мы наблюдаем ежедневно и на быстро сохну­щих досках, которые трескаются на солнце и на ветру, наблю­даем и на глине, и даже на прочном бетоне.

Единственная мера борьбы - это замедление высыхания с поверхности и ускорение твердения изнутри.

§ 53. Сроки выдерживания

Поливка нужна не для увлажнения пенобетона, а для за­держивания слишком быстрого высушивания поверхности и углов, поэтому поливку надо уменьшать с каждым днём и наблюдать за тем, чтобы поверхность не была слишком сухой, если внутри плита ещё сыровата. Нельзя допускать побеления поверхности, указывающего, что самый верхний слой уже пересушен.

Слабый пенобетон дольше остаётся влажным изнутри и его надо увлажнять больше, чем быстро затвердевший, но и с таким пенобетоном нельзя слишком спешить, и его также надо высушивать равномерно.

Не следует забывать, что твердение цемента должно происходить во влажной атмосфере и ранняя высушка вредна.

При нормальной температуре и при доброкачественных цементах раскрывать формы можно не ранее чем через 2 дня, т. е. на третий день после отливки блока. После распалубки надо надписать на блоках день отливки.

Надо проверить, достаточно ли окреп пенобетон для переноски на склад. Блоки обычно можно переносить к концу вторых или третьих суток; так как запас форм ограничен, то всегда стремятся ускорить распалубку, чтобы скорее заливать формы вновь, но следует всегда обращать внимание, не происходит ли брак от скорой распалубки.

Для каждой новой партии цемента и с каждой переменой условий температуры и влажности следует проверять сроки выдержки в формах.

Увлажнять пенобетон следует и в формах, и на складе. Первую лёгкую поливку делают часов через 12 по изготовлении пенобетона, затем распалубленный пенобетон в течение 10 – 15 дней поливают часа через 4 в зависимости от погоды и времени года; после 10 или 15 дня поливают слегка раза 2 в сутки. В общем увлажнение продолжают дней 15 – 20. Мерилом степени увлажнения служит внешний вид блоков. Нет надобности, чтобы они блестели или чтобы по ним сочилась вода, но совершенно недопустимо, чтобы на них появлялись белые пятна.

Если пенобетон вынесен на двор, то ставить его надо в тень и защищать от лучей солнца рогожами или брезентами. Лучше всего хранить его в сараях или под навесами. Ещё очень важное замечание: поливку и увлажнение необходимо прекратить заблаговременно до отсылки пенобетона с завода, чтобы он успел совершенно высохнуть, но не сокращая при этом нормального срока выдержки.

Если этого не сделать, то пенобетон окажется в чрезвычайно неблагоприятных условиях. В пути или после выгрузки надзора и ухода за ним не будет, а высыхание, вероятно, неравномерное, будет продолжаться, и произойдёт то, от чего мы стремились уберечь наш пенобетон, т. е. неравномерные усадки, трещины и даже откалывание углов.

Поэтому надо принять за правило не отправлять непросохший пенобетон и помнить, что для правильного твердения важнее всего равномерные условия высыхания, а не влага, и что сухость воздуха опасна, потому что она создаёт неравномерные условия в теле самого блока.

Надо помнить, что трещины в пенобетоне появляются по вине неправильного ухода за ним в первые дни и что растрескавшийся пенобетон есть брак. »

Кстати говоря, наиболее сильно влажностная усадка проявляет себя сразу после изготовления пенобетона, когда влажность пенобетона с 50…100% в момент формования падает до 20% отпускной влажности и именно поэтому, так тщательно требуется «ухаживать» за пенобетоном именно в этот срок. Все экспериментальные и литературные данные по усадке неавтоклавного пенобетона говорят о том, что усадка практически исчезает по истечении 28 дней после изготовления пенобетона. В связи с этим можно рекомендовать применение пенобетона в строительном производстве только по истечению этого срока. Кстати, надо заметить, что нормативная литература по пенобетону допускает значение влажностной усадки до 3 мм на метр. Эта цифра очень важна для производителей монолитного пенобетона, ведь именно усадка является основной причиной того, что монолитный пенобетон должен заливаться так называемыми «картами» т. е. отдельными массивами размерами не более 2…3 метров, для того чтобы суммарная усадка не превышала 6…9 мм.

Огромная просьба к посетителям форума – оставляете свои комментарии, вопросы, пожелания – возможно, Вам захочется получить дополнительные сведения по материалу, который Вы прочитали.

Суммируя вышеизложенные теоретические тезисы, а также принимая во внимание наш шестилетний выпуск пенобетонных блоков и монолитного пенобетона, можно вывести некоторые рекомендации по уходу за пенобетоном.

•  После изготовления требуется тщательный полив пенобетонных блоков и монолитного пенобетона водой, причем появление белых пятен в принципе возможно, но нежелательно. Полив требуется продолжать в течение минимум 14-ти дней. Реальной альтернативой трудоемкому поливу служит оборачивание штабелей готовых пенобетонных блоков и накрытие монолитных массивов пенобетона полиэтиленовой пленкой сразу после распалубки. Упаковка готовых пенобетонных изделий полиэтиленовой пленкой операция, в общем-то недешевая – порядка 25…50 руб на 1 м. куб. Мы изготовили из полиэтиленовой пленки колпаки размером 1200*1200*2000 мм, которые сразу после изготовления одеваем на уложенные на поддоны блоки, колпаки эти снимаются перед отгрузкой блоков заказчику. Таким образом, мы получили экономию материала на упаковке, поскольку наша упаковка стала многоразовой.

•  Храниться пенобетон должен под навесами, на ровной площадке или на поддонах, предотвращающих перекос складируемых изделий. Запрещается хранить пенобетон под открытыми лучами солнца и на продуваемых ветром складах.

•  Пенобетон можно хранить при минусовой температуре, при условии набора им 30…50 % от марочной прочности.

•  Конструкции из пенобетона должны быть защищены от воздействия атмосферного воздуха – паро- и гидроизоляцией, штукатуркой и т.п.

•  Монолитная заливка половых стяжек, теплоизоляции кровель и т. п. должна производиться отдельными картами, объемом 1…2 м. куб каждая. Максимальный размер карты – 2..3 метра. Карта ограждается необразной доской толщиной от 20 мм, шириной равной толщине монолитной заливки.

•  Образцы для испытаний механических свойств пенобетона размером 10*10*10, выпиленные из массива, либо отдельного блока пенобетона, хранятся завернутыми во влажную ветошь и помещенные в полиэтиленовые пакеты в течение 26 дней после изготовления. За два дня до испытаний образцы достают из пакетов для достижения ими 10..20 % влажности, необходимой для испытания на прочность.

•  И самое основное, основной объем влажностной и контракционной усадки происходит в течение первых 20…30 дней после изготовления пенобетона, поэтому крайне нежелательно применять пенобетон в строительном деле не ранее этого срока.

Соблюдение этих несложных правил позволит Вам наладить выпуск пенобетонных блоков отличного качества, а конструкции из монолитного пенобетона будут радовать своими характеристиками многие десятки лет.