Строительная кухня: как в Томске готовили пироги из бетона и кексы из газа

Между поварами и строителями есть немало общего — в подтверждение этой гипотезы в научно-образовательном центре «Строительные материалы» кафедры строительных материалов и технологий ТГАСУ прошел необычный мастер-класс.

В рамках Недели науки ученые продемонстрировали, как готовят бетонные «пироги» и рассказали, что нужно добавить, чтобы усилить их свойства. В тонкости строительной кухни гостей посвящал доцент кафедры строительных материалов и технологий ТГАСУ Алексей Стешенко.

Первым «блюдом» мастер-класса стал газобетон — не простой, а с усиленными теплоизоляционными и гидрофобизирующими (водоотталкивающими) свойствами. Для его приготовления понадобился цемент, песок и ряд специально подобранных «специй» — химикатов, которые делают газобетон газобетоном и наделяют его дополнительными свойствами, а также теплая вода, чтобы реакция шла интенсивней.

— Это как приготовить вкусные сладкие булочки. Бетон очень интересен сам по себе и готовить его особенно интересно, когда стоит непростая задача, — поделился житейским опытом Алексей Стешенко.

«Добавки» бывают разные, и каждая привносит в состав свои уникальные свойства. Так вспученный вермикулит добавляют в смесь для улучшения теплоизоляции, жидкое стекло помогает бетону лучше отталкивать воду, асбестовое и базальтовое волокна укрепляют бетон. Для ускорения твердения в бетонах используют пористый кальций и карбамид (мочевину). Строители также применяют разного рода пластификаторы, чтобы бетон дольше сохранял пластичность — это необходимо, когда смесь готовят прямо на стройплощадке и по шлангу закачивают в перекрытия. Кроме того, в «тесто» добавляют и различные продукты переработки золошлаковых отходов, силикагель (тот самый белый порошок, который можно найти в коробках с новой обувью) и много чего другого.

Газобетон и пенобетон отличается от обычного бетона легкостью, которая достигается путем образования в нем пор. Чтобы их получить, необходимо добавить в смесь цемента воды и песка алюминиевую пудру и самый обычный стиральный порошок, который при перемешивании будет смывать парафин с пудры, запуская реакцию порообразования — выделения водорода. Еще в «тесто» добавляют каустическую соду, которая делает газообразование более интенсивным. Чтобы добиться улучшенной теплизоляции и больше гидрофибности, в традиционный рецепт необходимо положить комплексную добавку. В данном случае это жидкое стекло и базальтовое волокно.

— Из-за пористой структуры и длительного твердения цемента (1,5 часа) смесь начинает оседать под своей тяжестью. Как только начинается осадка, структура нарушается. Значит, мы получим плохие показатели морозостойкости. А такая микроарматура — базальтовое волокно — позволит улучшить структуру и не дать произойти осадке, — рассказал Алексей Стешенко.

Компоненты постепенно смешивают в специальной ёмкости. После непродолжительной, но интенсивной работы дрелью «тесто» готово. Теперь его нужно проверить, в первую очередь на плотность. Для этого серой смесью, в которой продолжают появляться дыры, заполняют литровую ёмкость и ставят на весы — в данном случае получилось около 1850 граммов. Еще один важный параметр — расплыв смеси — определяется с помощью вискозиметра Сутторда (короткой полой металлической трубкой). Его заполняют бетоном и резкий движением поднимают вверх. То, что растекается на столе, замеряют в двух перпендикулярных направлениях. Расплыв составил около 13 сантиметров, что соответствует норме.

— Первое время смесь еще газообразуется, поднимается, наполняется воздухом, становится легче. Через 28 дней, когда бетон достигнет своей прочности, а находящаяся в нем вода испарится, плотность этого материала значительно уменьшится — до 1000 — 1200 кг на куб. м. Это уже конструкционный бетон, из которого можно строить дома в два-три этажа без использования тяжелого бетона. При этом он будет обладать лучшими теплоизоляционными свойствами за счет его структуры, — отметил Алексей Стешенко.

Готовый цемент выливают в специальные формы, предварительно смазанные специальным же маслом. Как и в случае с выпечкой, смазка необходима для того, чтобы состав не пристыл. В итоге получилось 6–7 порций «вкусного», воздушного, теплого и отталкивающего воду газобетонного «кекса», который продолжит подниматься еще в течение 20 минут. Затем его отправят в «духовку» — пропарочную камеру — где через день его вытряхнут из формы и оставят на 28 дней до окончательной готовности.

В пропарочной камере поддерживаются оптимальные для твердения бетона температура (20 ±2 градусов) и влажность (95%). Если параметры не сохраняются, то гарантировать прочность готового продукта сложно и могут возникнуть побочные эффекты. Например, если рядом стоит нагревательный элемент, то испаряется вода, без которой, как ни странно, бетон будет плохо твердеть.

— Если вода улетучивается, бетон, грубо говоря, задыхается и теряет свои свойства. Строители пытаются приблизиться к таким условиям. В жаркую погоду бетон поливают, зимой — прогревают, чтобы он набирал прочность. Есть минимальный показатель, но процесс твердения должен идти, и мы его остановить не можем, — рассказал Алексей Стешенко.

Вторым «блюдом» прошедшего мастер-класса стал пенобетон. В его основе — те же песок, цемент и вода. К ним необходимо добавить пенообразователь — он может быть сухим, жидким, синтетическим и белковым. Чтобы «увкуснить» бетон, а также очистить планету от золошлаковых отходов, «повар» добавил в него золу, которая замещает собой часть цемента, и микросферы с северской ТЭЦ.

— Микросферы — шарики в несколько микрон. За счет своей формы они позволяют повысить прочность материала, находясь между порами пенобетона. Мало того, она алюмосиликатная, то есть в ней содержатся в основном оксиды алюминия и кремния, которые взаимодействуют с продуктами гидратации цемента. Таким образом бетон становится прочнее, — объяснил Алексей Стешенко, заверив, что все используемые материалы обязательно проходят обследование на содержание радионуклеидов.

При приготовлении пенобетона сначала получают пену — взбивают пенообразователь с водой. В полученную смесь постепенно высыпают песок и цемент, продолжая перемешивать. Полученное «тесто» также проходит через взвешивание, вискозиметр Суттарда (показывая расплыв в 12 сантиметров) и в смазанных формах отправляется в шкаф.

Описанные выше рецепты были получены в ходе множества экспериментов, проб и ошибок, отмечают в центре. Более того, есть специальные методики разработки составов, которые позволяют рассчитывать количество заполнителя, водо-цементное отношение, количество пенообразователя, его активность и тому подобное.

— Обычно на приготовление правильного бетона уходит до 10 попыток. Есть очень много составов, в зависимости от исходных компонентов. У нас, строителей, есть формула — состав, структура, свойства. Какой мы взяли состав, какую получили структуру материала, какими свойствами он будет обладать наш материал. Рецептов очень много, — сказал Алексей Стешенко.

Сегодня в центре работают над созданием бетонов для 3D-печати домов и созданием уникального бетона с комплексной добавкой, содержащей глиоксаль. Секрет его свойств пока не раскрывается.

Сувенир на память от центра — магнит и подвеска из бетона:

Текст: Егор Хворенков

Фото: Вероника Белецкая