Влажностные характеристики автоклавного газобетона

Введение. Современное гражданское и промышленное строительство одно- и многоэтажных зданий связано с применением строительных материалов, изделий и конструкций различного предназначения. Большинство материалов строительного назначения имеют свойства многофункционального характера. Наибольшую популярность имеют ячеистые бетоны имеющие поризованную структуру с различными соотношениями открытой и закрытой пористости в объеме. Газобетонные блоки автоклавного твердения имеют большой спрос и доверие у строительных компаний при строительстве зданий жилищного назначения. Это связано со множеством положительных факторов, таких как, например: низкой теплопроводностью блоков; возможностью понижения общего веса здания и нагрузки, передаваемой на фундамент; более быстрой скоростью строительства в сравнении при использовании традиционного строительного кирпича; и т.д. Изменение свойств ячеистых бетонов зависит во многом от средней плотности. Основными исследуемыми свойствами поризованных бетонов являются прочность, пористость, средняя плотность и теплопроводность. Нужно отметить и немаловажное значение водопоглощающих и адсорбционных характеристик ячеистых бетонов. Высокая степень пористости является основной характеристикой отвечающая за высокое влагопоглощение автоклавных газобетонов [1]. Водопоглощение происходит в основном через капиллярные и искусственные воздушные поры. Объем капиллярных пор меняется не так сильно, но по мере увеличения объема искусственных воздушных пор средняя длина для миграции воды в материале также увеличивается. Поглощение влаги воздушными порами происходит в результате капиллярного подъема, который можно наблюдать, когда любой пористый материал вступает в контакт с водой [2]. Отмечено [1], что газобетон поглощает большой объем воды из-за высокой пористости и большого дренажного канала. Водопоглощение разделено на два пути: один через капиллярное отверстие (диаметр пор 1 м), а другой через множество вентиляционных отверстий. Несмотря на то, что все капилляры матрицы насыщены водой, вентиляционные отверстия генерируют извилистые пути для увеличения поглощения воды [3]. Авторами научной работы [4] выведена зависимость водопоглощения ячеистого бетона от его средней плотности 500-600 кг/м³. Установлено, что водопоглощение ячеистого бетона “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №1/2025 39 Техника, технология и оборудование средней плотностью 500 кг/м³ (D500) по массе составляет 84,4 %, по объему – 41,2 %, ячеистого бетона средней плотностью 600 кг/м³ (D600) – 72 % и 43,4 % соответственно. Через сутки после погружения в воду ячеистый бетон D500 набирает в среднем 75,5 % от полного водопоглощения, ячеистый бетон D600 – 78,3%. Ячеистый бетон автоклавного твердения, изготовленный с использованием золы-уноса, достигает полного водопоглощения через семь недель испытаний. Разница в водопоглощении между ячеистым бетоном со средней плотностью 500 кг/м³ и 600 кг/м³ по массе и объему составляет 17,2 % и 5,3 % соответственно. Закрытая пористость ячеистого бетона D500 составляет 40 %, а D600 — 33,4 %. Имеются работы и посвященные сравнению пенобетонов с газобетонами по показателю водопоглощения. В одной из таких статьей [5] представлен сравнительный анализ водопоглощения неавтоклавных пенобетонов на основе микрокремнезема и автоклавных газобетонов на основе золы-уноса. Установлено, что водопоглощение по массе пенобетона марки D500 на 19,6 % выше, чем у газобетона той же марки. Открытая пористость, численно равная водопоглощению по объему, также выше у неавтоклавного пенобетона на 30,1 %. Закрытая пористость у автоклавных газобетонов на основе золы-уноса марки D500 на 53,9 % выше по сравнению с неавтоклавным пенобетоном той же марки. Получены зависимости открытой и закрытой пористости ячеистых бетонов на основе техногенного сырья от их средней плотности. Установлено, что водопоглощение, открытая и закрытая пористость ячеистых бетонов при одинаковой средней плотности зависят от вида заполнителя и от условий твердения. Представлены результаты исследования влияния добавок шлама карбоната кальция на физико-механические свойства автоклавного газобетона. Водопоглощение по массе автоклавных газобетонных образцов средней плотностью D 500 и D 600 составляла в пределах 61,1-73,23% [6]. С целью уменьшения показателей водопоглощения некоторые исследователи предлагают использовать компоненты имеющих с минимальными впитыванием жидкости. Например, авторами статьи [7] с целью уменьшения водопоглощения автоклавного газобетона предложено использовать микрокремнезем, цеолит и гранулированный доменный шлак. Что наиболее важно, водопоглощение образцов, содержащих микрокремнезем, цеолит и гранулированный доменный шлак, снизилось на 50, 45 и 35 % соответственно. Для снижения водопоглощения автоклавного ячеистого бетона добавляли три типа водоотталкивающих добавок [8]: триметилсиланолат калия, стеарат кальция и полимер на основе силоксана. Испытания показали, что среди трех типов водоотталкивающих добавок наилучшим является добавление полимера на основе силоксана, и рекомендуется содержание (по массе) 0,4 - 0,8 %. Сорбционная влажность наряду с теплопроводностью является важнейшим теплотехническим показателем строительных материалов, так как она в значительной мере определяет ход процессов тепло- и влагопереноса через наружные ограждающие конструкции зданий, а, следовательно, и теплотехнические свойства этих конструкций. Анализ полученных результатов показал [9], что сорбционная влажность всех исследованных материалов увеличивается при уменьшении температуре от +35 °С до -10,4 °С. Отмечено [10], что увлажнение ячеистых бетонов парообразной влагой происходит в основном за счет явления полимолекулярной адсорбции. Равновесная сорбционная влажность ячеистого бетона определялась в искусственно созданных паровоздушных средах, имеющих относительную влажность воздуха 80% и 97% при температуре 20 °С [11]. Равновесная сорбционная влажность ячеистого бетона определялась для различных марки изделий по средней плотности, заявленных производителем. Установлено, что равновесная сорбционная влажность материалов при относительной влажности воздуха, равной 80% и 97%, обнаруживает заметные отличия. “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №1/2025 40 Техника, технология ва жиҳозлар Рассматривалось 2 режима увлажнения капиллярная пропитка, когда нижняя поверхность образца касалась поверхности воды, и сорбционное увлажнение – образец находился над поверхностью воды [12]. Экспериментальные профили влажности были обработаны по методу Больцмана-Матано, в результате была получена зависимость коэффициента диффузии влаги от влажности. Выявлено, что при сорбционном увлажнении при малых влажностях газобетона коэффициент диффузии принимает небольшие значения, а затем происходит резкий рост до значений порядка 10-8 м2/с. При капиллярной пропитке при больших влажностях после протяженного участка плавного роста наблюдается существенное увеличение коэффициента диффузии. Имеющиеся данные свидетельствуют о том [13], что на объем адсорбированной влаги, помимо плотности, влияли состав сырья, а также производственный процесс. Неавтоклавные бетоны, изготовленные из цемента и летучей золы, показали более высокую сорбционную емкость. Различия также могут быть связаны с выбором параметров автоклавирования. Результаты показали, что содержание влаги в образцах значительно увеличивалось по мере увеличения относительной влажности. Изотермы показали постепенное прогрессирование при значениях относительной влажности ниже 75–85%. Напротив, значительное увеличение содержания влаги произошло в диапазоне влажности от 75–85% до 98%. В статье [14] имеется ссылка на исследование автоклавного ячеистого бетона на основе песка разных классов плотности (300, 350, 400 и 500 кг/м3) и автоклавного ячеистого бетона на основе летучей золы классов плотности 420 и 580 кг/м3. Исследования проводились при температуре 23 °C и четырех различных уровнях относительной влажности воздуха 33%, 55%, 75% и 98%. По сравнению с ячеистым бетоном на основе песка, ячеистый бетон на основе летучей золы показал более высокое равновесное содержание влаги. Для ячеистого бетона на основе песка содержание влаги уменьшалось с ростом плотности, тогда как для бетона на основе летучей золы наблюдался противоположный эффект. По окончании сорбционных процессов, были определены значения равновесной сорбции влаги для материалов в 18 индивидуальных температурно-влажностных условиях [15]. Среди всех исследованных материалов наибольшая сорбционная влажность зафиксирована у автоклавного ячеистого бетона при 5 °С и φ ≈ 98 %, составившая 25,25 %. Наименьшая равновесная влажность в каждом из рассматриваемых климатов отмечена у керамического кирпича — он характеризуется очень низкой сорбционной способностью, не превышающей 2 %. На сорбционные характеристики газобетона можно повлиять посредством применения модифицирующих веществ различного генезиса. Отмечено, что сорбционная влажность гидрофобизированного газобетона ниже на 35-40 % [16]. Данное свойство гидрофобизированного газобетона будет способствовать улучшению теплотехнических свойств изделий и конструкций в условиях их эксплуатации. Исследователи [17] проверили гигроскопические характеристики образцов автоклавного газобетона с различным содержанием соли при различных уровнях влажности. Результаты показали, что равновесное содержание влаги автоклавного газобетона в 0,98–1,25 (0,99–3,68) раза выше в присутствии соли, чем в отсутствие соли при низкой (высокой) относительной влажности (пороговое значение относительной влажности 75,5%). Цель работы. Исследование влажностных характеристик газобетона автоклавного твердения. Методика исследований. Для проведения исследований были использованы образцы в виде кубов размерами грани 7,5 см. В испытаниях были использованы газобетоны автоклавного твердения «Arton» (СП ООО «EAST MINING INVEST») со средней плотностью D 500. Первоначально образцы были высушены до постоянной массы при 100 ℃ в лабораторной сушилке. Далее часть образцов были погружены в воду для максимального “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №1/2025 41 Техника, технология и оборудование водонасыщения их. Испытания были проведены в лабораторных условиях при температуре 25 ℃. Фото образцов приведены на рис.1. Рисунок – 1. Фото образцов газобетона автоклавного твердения Для определения адсорбционных показателей другая часть образцов были помещены в камеру хранения, где они были положены на поверхность металлической решетки, находящуюся над водой. Температура воздушной среды в камере составляло 20-25 ℃. Влажность среды хранения составляло 85-95%. Далее через определенные промежутки времени производились повторные взвешивание образцов. Результаты исследования и их обсуждение. Результаты исследований приведены в виде средних значений из 6 отдельных образцов на ниже приведенных рисунках. Как оказалость водопоглощение газобетонных образцов к 24 часам составляло по массе 67,93 % и объему 38,84 % (рис.2). При этом самое большое количество воды пористой структурой газобетона впитывалось первые 60 минут. Среднее значение разницы между массовой и объемной влажностью составляло 23,65-29,08 %. На рис. 3 приводится количественное среднее значение поглощенной воды объемом 1 см3 газобетона в зависимости от продолжительности хранения образцов в воде. Как видно из графика количество поглощенной воды 1 см3 объемом газобетона первые часы имеет более широкий интервал варьирования, которое сужается с увеличением продолжительности процесса водопоглощения. Измерения в 24 часовом показали, что 1 см3 объема газобетона автоклавного тверде-ния со средней плотностью D 500 в среднем поглощает воду в количестве 0,39 граммов. Результаты адсорбции влаги газобетона показали (рис. 4), самое большое количество влаги было поглощено 1 сутки, что связано впитыванием влажного воздуха в основном внешней поверхностью образцов. В дальнейшие темпы поглощения были замедлены, что также наверняка связано все большей и большей трудностью проникновения влаги во внутреннюю пористую структуру газобетона автоклавного твердения. Общее количество адсорбированной влаги в 28 суточном возрасте в среднем составляло – 6,66 %. Рисунок 2. Водопоглощение газобетона автоклавного твердения со средней плотностью D 500 “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №1/2025 42 Техника, технология ва жиҳозлар Недельные показатели адсорбции влаги по массе оказались следующими, %: 1-неделя – 3,86; 2-неделя – 1,29; 3-неделя – 0,84; 4-неделя – 0,67; 5-неделя – 0,69; 6-неделя – 0,45; 7неделя – 0,20. Рисунок 4. Адсорбция влаги газобетоном автоклавного твердения со средней плотностью D 500 Заключение. Таким образом, исследованные нами газобетоны автоклавного твердения со средней плотностью D 500 имели показатели водопоглощения по массе 67,93 % и объему 38,84 %. В течение 24 часов каждым 1 см3 пористой структурой газобетона было поглощено 0,39 граммов воды. Самое большое водопоглощение приходилось на первые часы испытаний. 28 суточное среднее количество адсорбированной влаги образцами газобетона автоклавного твердения составило – 6,66%. При этом еженедельный анализ показал, что самое большое количество влаги адсорбируется на первой недели