Ячеистый бетон: теплоизоляционные свойства

Теплоизоляционные материалы занимают особое место среди материалов строительного назначения. Во всем мире нарастает тенденция к сбережению тепловой энергии. Введение в действие новых требований к повышению теплозащитных качеств наружных ограждающих конструкций зданий и сооружений различного функционального назначения требует постоянного расширения номенклатуры теплоизоляционных материалов повышенного качества, создания новых технологий производства высокоэффективных теплоизоляционных материалов для устройства многослойных систем утепления.

Основными теплоизоляционными материалами, широко применяемыми сегодня, являются минеральная вата и полистирольный пенопласт, которые при всех достоинствах имеют очевидные недостатки. Минеральная вата с течением времени при эксплуатации деструктурируется — дает усадку, образуя незащищенные от утечки тепла пространства, а полистирольный пенопласт является горючим материалом.

Теплоизоляционный ячеистый бетон обладает уникальным сочетанием физико-технических свойств (низкая теплопроводность, жесткость, негорючесть, высокая паропроницаемость), что позволит широко использовать его для утепления ограждающих конструкций и исключить основные недостатки, присущие многослойным системам утепления на основе минераловатных и пенополистирольных изделий.

В настоящее время в Республике Беларусь выпускаются плиты теплоизоляционные из ячеистого автоклавного бетона в соответствии с требованиями СТБ 1034—96. Основной номенклатурой теплоизоляционных изделий из ячеистого бетона являются плиты марки средней плотности 350-400 кг/м3. Это ограничение связано прежде всего с недостатками технологии получения ячеистого бетона однородной структуры. Улучшение теплозащитных свойств ячеистого бетона возможно при снижении его средней плотности, при этом снижение этого показателя не должно сопровождаться значительным снижением прочности.

При выпуске изделий пониженной средней плотности перед исследователями и производственниками возникли такие технологические проблемы, как диспергирование сырьевых компонентов при мокром помоле, интенсификация процессов структурообразования и стабилизация смеси во время вспучивания, сокращение времени выдержки изделий до и во время тепловой обработки.

Принципиальное отличие технологии ячеистого бетона автоклавного твердения состоит в длительном разрушающем действии газовых пузырьков на процесс возникновения новообразований, в результате чего процесс твердения сопровождается изменением объема. Эффективному решению всех этих проблем способствует введение различных химических добавок в ячеисто-бетонную смесь.

Единственным предприятием в Республике Беларусь, освоившим с 2002 г. производство плит марки по средней плотности D250, является ОАО «Гродненский комбинат строительных материалов».

Получение ячеистого бетона средней плотности 150-200 кг/м3 и допустимой прочности при сжатии является сложнейшей технологической задачей. У такого бетона 90—98% объема занимают газовые и капиллярные поры, поэтому межпоровый «скелет» должен быть прочным. Для получения такого бетона необходимо применение высококачественных материалов. Так, уже на стадии формования массива необходимо обеспечить безусадочную структуру (за счет тщательно подобранного состава), на стадии разрезки массива на изделия -получение требуемой прочности сырца бетона, исключающей разрушение бетона в местах реза струнами, сохранение формы массива при транспортировании его в автоклав. Величина минимально необходимой прочности ячеистого бетона обуславливается соображениями обеспечения сохранности изделий при транспортировке и укладке в процессе его производства.

Повышение прочности ячеистого бетона возможно за счет проведения направленного синтеза с целью повышения содержания гидросиликатов и наиболее прочных из них тоберморитовой и ксонотлитовой групп, уменьшения дефектов структуры бетона. Повышение содержания гидросиликатов обеспечивается за счет вовлечения в реакции силикатообразования большего количества кремнезема и извести, введением добавок.

В УП «НИИСМ» разработаны комплексные химические добавки для ячеистого бетона на основе солей жирных кислот СПК (ТУ РБ 100122953.312-2002). Добавка СПК разработана двух видов — для конструкционного ячеистого бетона марок по средней плотности D400—700 и для теплоизоляционного — марок по средней плотности D150-400.

Добавка СПК — раствор омыленной абиетиновой смолы, модифицированной жидким стеклом, которое способствует пластическому набору прочности сырцового массива. Техническая характеристика добавки приведена ниже.

Внешний вид……….Жидкость темно-коричневого цвета
Массовая доля сухих веществ, %, не менее……………….20
Плотность, г/см3…………………………1,1-1,2
PH ……………………………………….8,5-10

Добавка СПК обладает стабильной пенообразующей способностью с кратностью 15-20, стабильностью пены («время жизни» составляет более 4 ч).

Абиетат натрия, содержащийся в добавке СПК, взаимодействует с портландцементом с образованием резинатов кальция и алюминия, которые в отличие от стеаратов, или солей жирных кислот растворимы в воде, а главное, обладают адсорбирующей способностью диспергировать воздух в строительных растворах, то есть создавать благ оприятные условия для воздухововлечения (до 15% воздуха по объему). Гидросиликаты щелочных металлов стабилизируют массив особо легких ячеистых бетонов после созревания и сокращают время до-автоклавной выдержки.

В процессе исследований при разработке технологии ячеистого бетона пониженной плотности было установлено, что для улучшения качества пористой структуры ячеистого бетона предпочтительно использование газопенной технологии. Поризаиия смеси по этой технологии осуществляется за счет воздухововлечения и газообразования. Данная технология должна включать: аэрацию песчаного шлама в мельнице за счет введения добавки, аэрацию ячеисто-бетонной смеси в смесителе путем введения добавки и поризацию смеси в форме в результате газообразования.

Таблица 1
ПоказательРезультаты испытаний образцов
с добавкой СПК, % от сух.
без добавок0,150,30,5
Средняя плотность в сухом состоянии, кг/м3 235 178 187210
Теплопроводность в сухом состоянии при темп (298±5)°К, Вт/(м·К)0,0660,0560,057 0,06
Предел прочности при сжатии, МПа 0,80,820,9 0,96
Предел прочности при изгибе, МПа 0,180,180,270,29
Сорбционная влажность по массе Wс, % при φ=90% (эксплуатационная влажность для условий эксплуатации «Б», Изменение №2 СНБ 2.04.01-97)4,98 4,994,985
Таблица 2
 ПоказательНорма для марок
 150200 250300 350 400
Средняя плотность в сухом состоянии, кг/м3126-175 176-225226-275276-325 326-375376-425
Теплопроводность в сухом состоянии при температуре (298±5)°К, Вт/(м·К), не более 0,055 0,060,070,080,090,11
Предел прочности при сжатии, МПа, не менее0,30,45 0,550,60,81
Предел прочности при изгибе, МПа0,08 0,09 0,10,15 0,2 0,3
 Отпускная влажность, мас. %, не более 35 353533 (35)29 (35) 25 (35)
 Примечание. В скобках приведена отпускная влажность для плит теплоизоляционных на основе тонкоголосой извести и отходов ячеисто-бетонного производства.

В результате экспериментальных исследований были выработаны основные технологические требования, которые заключаются в следующем.

  1. В исходном состоянии ячеисто-бетонная смесь должна быть достаточно жидкой с высоким водотвердым отношением (В/Т) для обеспечения наилучших условий для образовании ячеистой структуры. При использовании смесей с более низким В/Т в период вспучивания происходит разрыв структуры и образование щелевидных пустот и свилей.
  2. Вспучивание смеси должно происходить в течение 6—12 мин, для устранения влияния температурных факторов окружающей среды.
  3. Стабилизация массива после завершения процесса вспучивания должна быть зафиксирована путем ускорения процессов схватывания и нарастания структурной прочности.
  4. Процесс вспучивания и стабилизация ячеисто-бетонной массы должен обеспечить получение структуры с диаметром пор менее 0,8 мм, более предпочтительно 0,5 мм, как наименее деформируемой.
  5. Вследствие действия гравитационных сил на нижние слои ячеистого бетона-сырца стабилизация макроструктуры и устранение ее деформаций могут быть достигнуты увеличением эластичности стенок, образующих ячейки. Благодаря этому газ, создающий поры, будет продолжительное время сохранять в них избыточное давление, позволяющее зафиксировать макроструктуру материала в исходном состоянии и ликвидировать оседание сырца.

По предложенной технологии были выпущены опытные партии теплоизоляционного ячеистого бетона марки по средней плотности D200. Технические характеристики образцов из опытно-промышленной партии приведены в табл. 1.

На основании результатов проведенных исследований были внесены изменения в СТБ 1034-96 «Плиты теплоизоляционные из ячеистого бетона» (срок введения 01.01.2004 г.), классификация изделий дополнена
марками по средней плотности D150, D200. Физикомеханические показатели плит теплоизоляционных из ячеистого бетона приведены в табл. 2.

Расширение производства и номенклатуры изделий из теплоизоляционного ячеистого бетона пониженной плотности требует повышения его физико-механических свойств. Наряду со значительными технико-экономическими преимуществами, которые способствуют его широкому применению в строительстве, ячеистые бетоны пониженной плотности имеют ряд недостатков. Это прежде всего низкая способность к восприятию растягивающих усилий, а также пониженная трещиностойкость, что создает определенные проблемы уже на стадии транспортировки изделий.

Одним из рациональных способов устранения данных недостатков может быть дисперсное армирование волокнистыми добавками. Наиболее доступным компонентом для дисперсного армирования являются сухие отходы асбестоцементного производства. В результате проведенных исследований было установлено, что присутствие в асбестоцементных отходах клинкерных минералов и гидроксида кальция может определять некоторые вяжущие свойства отходов. В данных отходах присутствуют волокна асбеста, проявляющие не только армирующие, но и структурообразующие свойства. Измельченный асбестоцемент можно рассматривать как кристаллическую затравку, содержащую в своем составе зародыши кристаллизации новообразований, возникшие при гидратации портландцемента.

В результате предварительных исследований нами установлено, что введение в состав ячеисто-бетонной смеси пониженной плотности (D150, D200) асбестоцементных отходов позволяет в 2—3 раза повысить предел прочности при изгибе. Введение асбестоцементных отходов в ячеисто-бетонную смесь целесообразнее на стадии приготовления песчаного шлама. Совместный мокрый помол асбестоцементных отходов и песка позволит сократить длительность помола и обеспечит безопасные условия работы.

Эффективный материал — ячеистый бетон

Возросшие в последние годы инвестиционные возможности как отдельных фирм (предприятий), так и самого населения привели к повышению спроса на эффективный материал для стен и другие строительные материалы. Увеличению спроса способствует и повышение за последние годы требуемого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, что вызвало необходимость использования эффективных стеновых материалов. При этом использование однослойных стен из кирпича, дерева, керамзитобетона и других легких бетонов на пористых заполнителях уже не обеспечивает требуемых показателей и экономически не оправданно.

Возникла необходимость использования в стеновых конструкциях эффективных материалов. Одним из таких материалов, позволяющим делать однослойные и долговечные стены, является ячеистый бетон во всех своих многочисленных разновидностях (пенобетон, газобетон, пеносиликат, газосиликат, пеногазошлакобетон и т. д.) как в сборном, так и в монолитном вариантах строительства.

Ячеистые бетоны имеют ряд характеристик, отличающих их от многих традиционных строительных материалов. Изделия из них наилучшим образом адаптированы к сложному климату и экономическим условиям и имеют ряд важных достоинств: невысокую плотность, низкую теплопроводность, пониженное водопоглощение, стойкость при пожаре, высокие санитарно-гигиенические свойства стенового ограждения.

Ячеистый бетон прошел проверку временем в сложных природно-климатических условиях. Жилые дома со стенами (наружными и внутренними) из автоклавного газобетона стоят в Санкт-Петербурге с 1960 г. без разрушения материала, несмотря на сложные климатические условия (число переходов температуры через 0°С в Прибалтике максимально). Общая площадь домов с газобетонными стенами в городе более 15 млн м2. В Риге стоят дома со стенами из газобетонных камней, не защищенных отделкой, уже в течение 70 лет без трещин, отслоений и шелушения кладки. В Норильске и Ангарске (условия повышенной сейсмичности) значительное количество жилья представлено пятиэтажными зданиями из неавтоклавного газозолобетона по проектам ЛенЗНИИЭПа и успешно эксплуатируются уже более 40 лет.

Таким образом, ячеистый бетон является долговечным надежным материалом, который можно изготовлять как из существующего местного сырья, так и с использованием различных отходов. Из разведанных месторождений песков более 70% составляют мелкие и очень мелкие пески, использование которых позволяет получать изделия из ячеистого бетона с высокими характеристиками.

В ряде регионов страны имеется значительное количество местных материалов и техногенных отходов в виде различных песков, отсевов камнедробления, керамзитовой пыли, которые не нашли широкого применения при производстве стеновых блоков из ячеистого бетона. Широкое использование этих материалов сдерживается из-за их неоднородности, отсутствия данных по составу, свойствам, а также по влиянию их на структуру и эксплуатационные свойства ячеистого бетона.

В России в настоящее время работает 40 заводов по производству изделий из автоклавных ячеистых бетонов обшей мощностью 2 млн м3 в год, выпускающих 1,4 млн м3 изделий. На более чем 200 установках по производству неавтоклавного ячеистого бетона, в основном пенобетона, производится около 0,6 млн м3 материала как для монолитного, так и сборного строительства (преимущественно в виде камней по ГОСТ 21520—89). На 1 тыс. человек населения России производится всего 13 м3, в то время как в Республике Беларусь — 150 м3, а в Германии, Франции, Англии, Швеции, Польше, Чехии, Словакии — 100—200 м3. В Эстонии даже здания высшей категории ответственности и капитальности (гостиница «Олимпия», здание ЦК КПЭ и др.) построены со стенами из сланцезольного газобетона (газокукермита), изготовленного из отходов промышленности (вяжущее — зола-унос от сжигания горючих сланцев, кремнеземистый компонент — отходы комбината «Фосфорит»).

В настоящее время разработаны и функционируют различные технологии и виды оборудования, позволяющие получать ячеистые бетоны различной плотности с высокими характеристиками.

Интерес представляют технологии быстрого возведения зданий и сооружений с использованием монолитных ячеистых бетонов, использование которых приводит к снижению энергетических и трудовых затрат при строительстве, к сокращению продолжительности инвестиционного цикла.

Во многих регионах производство изделий организовано на мобильных установках, максимально приближенных к районам застройки, что во много раз уменьшает транспортные расходы, позволяет обеспечить работой местное население, активизировать жилищное строительство.

Ячеистый бетон, млн м3Годы
 2003 2004 2006 20082010 2015 2020
 Автоклавный 1,41,92,5 4,1 6,1 10,1 15,1
 Неавтоклавный 0,6 0,8 1,2 1,8 2,6 5,1 8,1
 Производство на 1 тыс. человек, м313182540 58 100155

Ячеистый бетон применяется и в сборном и монолитном вариантах как эффективный материал для утепления чердачных перекрытий, кровель, мансард, наружных и внутренних стен, теплоизоляции трубопроводов, для применения в виде стеновых блоков, панелей наружных стен, перекрытий.

Для решения строительных проблем России, в первую очередь резко обострившейся проблемы дешевого и высококачественного жилья, необходимо всемерно наращивать производство ячеистых бетонов в нашей стране, которое позволит резко снизить рссурсоемкость строительства и эксплуатации.

Прогнозируемые темпы прироста объемов производства ячеистых бетонов (млн м3) в России приведены в таблице.
Для реализации поставленных задач в решении научно-технического совета Госстроя России от 27 ноября 2003 г., посвященного основным направлениям развития стеновых материалов из ячеистых бетонов, рекомендовано научно-исследовательским, проектным и промышленным организациям развернуть свою работу в следующих направлениях.

  • Развитие новых путей получения изделий из ячеистых бетонов с плотностью ниже 400 кг/м3 для широкого применения их в строительном производстве и с плотностью 150—300 кг/м3 для использования в качестве теплоизоляционных материалов.
  • Совершенствование производства ячеистого бетона с целью получения стеновых изделий с плотностью 400—500 кг/м3.
  • Разработка комплектов оборудования для заводов автоклавного газобетона мощностью 20—40 тыс. м3, а также 200—400 тыс. м3 в год.
  • Исследования по повышению прочности, снижению усадки и ускорению твердения изделий.
  • Разработка и внедрение ячеистых бетонов, дисперсно-армированных неметаллическими волокнами.
  • Совершенствование аппаратурного оформления производства пенобетона с целью создания автоматизированной установки мощностью 10 тыс. м3 в год и технологических линий мощностью 20 и 30 тыс. м3 год по резательной технологии.
  • Совершенствование новых методов испытаний материалов, в том числе на основе современных достижений физики и химии.
  • Разработка и организация производства низкотеплопроводных малоклинкерных и бесклинкерных композиционных вяжущих для теплоизоляционных ячеистых бетонов.
  • Создание широкой гаммы химических добавок, в том числе ускорителей твердения, противоморозных добавок, суперпластификаторов для полифункционального действия, позволяющих отказаться от вибрации при укладке и уплотнении бетона для ускорения набора прочности, повышающих его стойкость и долговечность.
  • Создание мини-заводов по производству блоков из неавтоклавного ячеистого бетона.

В 2001 г. на заседании научно-технического совета Госстроя России было внесено предложение о создании Центра ячеистых бетонов для координации работ по совершенствованию нормативной документации, проектирования, обмена информацией и др.

В 2003 г. НТС Госстроя РФ подтвердил целесообразность активизации работы такого центра и дал соответствующие рекомендации по его деятельности.

Развитие производства и применения ячеистых бетонов позволит существенно снизить стоимость строительства, трудоемкость, энергозатратность при одновременном повышении долговечности, качества и экологичности домов в суровых и разнообразных природно-климатических условиях страны.

Технологические проблемы пенобетона

Производство эффективного по теплофизическим параметрам пенобетона низких марок по средней плотности является проблемным ввиду сложности обеспечения стабильной тонкодисперсной ячеистой структуры и высокой прочности, зависящих от рецептурно-технологических факторов. Кроме того, ячеистый бетон (пенобетон) неавтоклавного твердения характеризуется повышенной усадкой при высыхании, снижающей его трещино-стойкость. Это сдерживает применение неавтоклавного пенобетона для производства крупногабаритных изделий и в монолитном строительстве.

Увеличение прочности при постоянной плотности может быть достигнуто за счет повышения однородности ячеистой структуры и прочности матрицы пенобетона. В частности, за счет использования эффективных пенообразователей и стабилизаторов структуры пены, повышения активности и разработки новых специальных видов вяжущих веществ, снижения водотвердого отношения, применения химических и высокодисперсных минеральных (микрокремнезема, частиц глинистой фракции и др.) модификаторов, механохимической активации вяжущего вещества. Использование технологических приемов может усложнить технологический процесс, и потому их внедрение должно быть обосновано технико-экономической целесообразностью.

Пена и пенообразователи. Необходимым условием получения пенобетона высокого качества является применение эффективных пенообразователей и технологических приемов, обеспечивающих высокую устойчивость пены в пенобетонной смеси. Одной из основных характеристик устойчивой пленки является се сопротивление механическому воздействию. В качестве такой характеристики Гиббс рассматривает упругость пленки [1]:

E=2·d·γ/d·ln·А, (1)

где А — площадь пленки, γ — поверхностное натяжение.
Для двухкомпонентной системы уравнение (1) имеет вид:

E=4·(Г12)2·(d·μ2/d·m2), (2)

где Г12 — поверхностный избыток компонента 2, μ2 — химический потенциал этого компонента и m2— его количество на единицу площади пленки.
Качественно Е характеризует способность пленки изменять поверхностное натяжение в момент приложения растягивающего или сжимающего усилия. При растяжении поверхности концентрация поверхностноактивного вещества в пленке падает и соответственно возрастает поверхностное натяжение, препятствующее разрыву пленки. Уравнение (2) показывает, что величина Е может быть большой, только если Г12 и (d·μ2/d·m2) достаточно велики. Это означает, что концентрация пенообразователя должна быть относительно велика, то есть его содержание должно быть оптимальным.
Очевидно, что оптимальное содержание пенообразователя является одним из основных факторов, влияющих на строительно-технические свойства (СТС) пенобетона. Так, при недостаточном содержании пенообразователя не будет обеспечиваться требуемая плотность бетона, а при его повышенном расходе может произойти существенное замедление процессов схватывания и твердения цементной системы. Для получения устойчивой пены важно, чтобы пленка не только была упругой (с высоким пределом упругости), но и имела высокую поверхностную вязкость, что уменьшает скорость стекания пленки на границ Плато. Для повышения устойчивости пен в пенобетоне целесообразно использовать стабилизаторы в виде высокодисперсных минеральных компонентов, препятствующих стеканию жидкости с поверхности пленки через границу Плато, а также затворителя с повышенной температурой, ускоряющего схватывание цементной системы и придающего пене в пснобетонной смеси состояние, соответствующее пссвдотвердому. При этом дисперсность стабилизаторов пен минерального типа должна быть максимально высокой. При капиллярном потенциале, превышающем упругость пленки, поверхность жидкости пузырька будет подниматься по капилляру, повышая упругость и устойчивость пленки и препятствуя стеканию жидкости на границу Плато. Поэтому высокодисперсный микрокремнезем с пустотное -тью 60-70% является одним из наиболее эффективных стабилизаторов пены в пенобетонной смеси.

Стекание пленки на границу Плато приводит не только к интегральному снижению прочности, но и к образованию в пенобетоне микрообъемов пониженной прочности, являющихся зародышами разрушения. Это связано с тем, что практически все используемые виды пенообразователей редуцируют твердение цементных систем, снижая их прочность.
Таким образом, неоптимальное содержание пенообразователя, отсутствие эффективных стабилизаторов и применение «несвежей» пены будут оказывать влияние не только на устойчивость пенобетонной смеси, но и на темп твердения пенобетона. Поэтому в последние годы получает развитие направление производства ячеистого бетона низкой плотности с использованием комплексного порообразователя (пенообразователь + газо-образователь), обеспечивающего более стабильные технологические и СТС бетона такого класса. Однако образование горбушки является негативным фактором в технологии его производства [2].

Следует отметить, что строгий анализ возможной взаимосвязи факторов, определяющих устойчивость пен, отсутствует. Качественно время жизни пены зависит от скорости утончения пленок и их устойчивости по отношению к испарению и механическим воздействиям, включая колебания, передаваемые через массу пены при разрыве перегородок между’ ячейками и сдвиге стенок соседних ячеек. Основными характеристиками пены, значимо влияющими на СТС пенобетона, являются также кратность и коэффициент ее использования.

Для высококачественного пенобетона необходимо применять пенообразователи с максимальной кратностью, обеспечивающей их минимальное содержание в бетоне. В этом случае при двухстадийной технологии приготовления будет наблюдаться снижение содержания воды и пенообразователя в пенобетоне и улучшение его СТС.

Коэффициент использования пены (КИП) определяется отношением объема пенобетонной смеси к сумме объемов пены и матрицы, взятых до образования означенной смеси. Значение КИП при проектировании состава пенобетона рекомендуется применять равным 0,8 [3]. Однако его фактическое значение составляет 0,55—0,78. Низкое значение КИП приводит к высокому содержанию составляющей, редуцирующей схватывание, твердение, прочность пенобетона. Поэтому выбор эффективных пенообразователей для пенобетона является проблемным и требует своего теоретического и практического развития.

Исследования влияния пластифицирующих добавок 111 и IV групп, обеспечивающих высокую связность и снижение водоотделения цементных систем, показало, что устойчивость пены повышается в 1,3—1,8 раза, а расход пенообразователя снижается на 8-15%. Оптимальное содержание детергента находится на уровне 70—180 г/м3 в пересчете на сухое вещество. При этом обеспечивается получение высокодиспсрсной пены, повышающей тспло-физичсскис свойства пенобетона за счет предотвращения конвективного теплообмена в ячеистой структуре.

В качестве псностабилизагоров применяют раствор животного клея, жидкое стекло, сернокислое железо, лигносульфонаты и другие вещества, а также в виде твердых частиц известь, тонкодисперсный портландцемент, микрокремнезем, высокодисперсные золы ТЭС, тонкомолотые доменные гранулированные шлаки и др. При этом важно, чтобы стабилизаторы минерального типа не только уменьшали скорость стекания жидкости на границу Плато, но и за счет быстрого схватывания переводили пленку в псевдотвердое состояние, предотвращая образование в пенобетоне микрообъемов пониженной прочности.

Для приготовления пенобетона исследованы и разработаны различные виды пенообразователей, отличающиеся требуемым количеством воды (25—50 л) для получения пены на 1 м3 бетона, кратностью (21-37), устойчивостью (2—20 мин) пены и синсрсзисом (6-28 мин). Ранее широко применялись следующие пенообразователи: клееканифольный, смолосапониновый, алюмосульфонафтсновый, гидролизованная кровь (ГК), характеризуемые содержанием в бетоне 2—9 кг/м3, а в последние годы — ниапор, пеностром, окись амина, лаурилсульфат натрия, пожарные пенообразователи, ПБ-2000 и др., расход которых находится на уровне 0,8—1,2 кг/м3.

Таким образом, создание новых и улучшение условий использования уже применяемых пенообразователей, обеспечивающих получение устойчивых тонкодисперсных пен, является одной из наиболее актуальных проблем в технологии пенобетона.

Вяжущие вещества. Для производства пенобетона целесообразно применять высокодисперсные цементы с нормированным дисперсным составом, производимые по замкнутому циклу.

Высокодисперсные частицы вяжущего вещества (для портландцемента удельная поверхность 400—500 м2/кг) будут адсорбироваться на поверхности ячеек пены и препятствовать стеканию жидкой фазы на границу Плато, а также способствовать более высокой скорости схватывания и твердения пенобетона. Высокая реакционная способность вяжущего вещества обеспечит повышенное тепловыделение на ранней стадии твердения пенобетона, будет стабилизировать процесс формирования структуры высокого качества, ускорять темп его твердения. При этом эффективные вяжущие вещества должны иметь относительно короткие сроки схватывания, способствующие стабилизации тонкодисперсной структуры пены в пенобетонной смеси.

Важным фактором получения пенобетона с высокими СТС является применение в его составе пластифицирующих добавок, редуцирующих водосодержание. Вяжущие вещества должны характеризоваться минимальным оптимальным значением содержания пластифицирующей добавки, так как ее интегральное действие с пенообразователем может значимо снизить скорость схватывания и твердения пенобетона. Поэтому для приготовления пенобетона целесообразно применять прочный высокодисперсный портландцемент с низким содержанием минерала С3А, ответственного за оптимальное содержание пластификатора в цементной системе.

Для приготовления пенобетона применяют портландцемент предпочтительно высоких марок ПЦ 500-Д0(Д5), ПЦ 550-Д0; шлакосиликагнос, известково-цементное, гипсовое, магнезиальное вяжущее и др. Однако пенобетон приготовленный с использованием означенных вяжущих веществ, практически во всех случаях имеет негативные аспекты. В частности, общим недостатком является относительно низкая прочность при высокой средней плотности пенобетона. При этом пенобетон, приготовленный с использованием магнезиального вяжущего, характеризуется сложными и продолжительными условиями твердения, гипсобетон может применяться в основном для внутренних работ, силика-топенобетон требует автоклавного твердения и характеризуется относительно низкой долговечностью, шлакосиликатный пенобетон удается получить с наиболее низкой маркой по средней плотности (D150-D200) и высокой прочностью, однако он имеет повышенную трещиностойкость и расположен к высолообразова-нию. Поэтому наибольшее распространение получает портландцементный пенобетон марок по средней плотности D600— D900 относительно низкой прочности. Для обеспечения технологии массового производства эффективного пенобетона марок по средней плотности D250-D400 целесообразно разработать технические требования и организовать выпуск специального вида низкоалюминатного высокопрочного тонкодисперсного портландцемента марок ПЦ600—ПЦ700 и выше. Повышение цен на такой вид цемента компенсируется уменьшением материалоемкости готовой продукции. Кроме того, необходимо расширить исследования по разработке малоусадочного пенобетона без высолов с использованием высокопрочного шлакосиликатного вяжущего прочностью 100-120 МПа.

Заполнители. Производители пенобетона применяют в качестве заполнителя любой вид песка, отвечающий требованиям ГОСТ 8736—93, а также золы ТЭС и другие местные минеральные материалы практически без учета марки по средней плотности, определяющей толщину перегородок его ячеек. При использовании песка, содержащего крупные зерна, превышающие в диаметре толщину перегородок в ячеистой структуре, может произойти ее разрушение с увеличением размера ячеек и ухудшением прочностных и теплофизических характеристик пенобетона за счет конвективного теплообмена (в ячейках размером более 2 мм). Кроме того, в большинстве случаев происходит седиментация таких зерен песка с разуплотнением пенобетона по высоте изделия и ухудшением его качества. Поэтому гранулометрический состав песка для пенобетона должен назначаться с учетом средней плотности пенобетона, а его максимально крупные зерна должны быть не более половины толщины перегородок между ячейками [4]. Необходимость оптимизации гранулометрического состава песка обосновывает целесообразность внедрения ОАО «ВНИИСТРОМ им. П.П. Будникова» в технологию стержневых мельниц для гомогенизации и механической активации минеральных компонентов для пенобетона, измельчающих при этом наиболее крупные зерна песка. Кроме плотных заполнителей в составе пенобетона получает применение вспененный гранулированный полистирол, флотационные свойства которого позволяют повысить устойчивость пенобстонной смеси и СТС пенобетона, снизить его плотность. При этом очевидно, что может наблюдаться ухудшение экологической и пожарной составляющих свойств пенобетона.

Химические модификаторы. Модификацию структуры и СТС пенобетона обычно осуществляют приме-
нением пластифицирующих добавок, а также добавок, ускоряющих схватывание, твердение и снижающих усадку цементного камня. Однако применение пластифицирующих добавок, в основном I группы по ГОСТ 24211-91, несмотря на очевидные преимущества (редуцирование водосодержания до 20%, повышение прочности на 35-40%, экономию цемента 10-20%), практически нс получает промышленного внедрения. Это связано в основном с низкой организацией процесса производства изделий, преимущественно стеновых блоков, на технологических линиях малой мощности и отсутствием соответствующих складов и специальных дозаторов добавок.

Для повышения качества пенобетона исследован и получает некоторое применение суперпластификатор С-3, который редуцирует водосодержанис более чем на 20% и практически не замедляет гидратацию минералов клинкера. Однако бетонные смеси, модифицированные С-3, имеют склонность к расслаиванию, а также выделяют защемленный твердой фазой воздух, увеличивающий размер ячеек пены и придающий порам поверхностного слоя капиллярный характер, ухудшая теплофизические и строительно-технические свойства пенобетона.

Применение в технологии бетона пластифицирующих добавок групп «Релаксол», технических лигносуль-фонатов, в том числе «Лигнопана», модифицированных С-3 и других добавок придают им специальные (противо-морозные и др.) свойства. Добавки группы лигносульфо-натов могут быть наиболее эффективными модификаторами цементных систем, в том числе пенобетонных, так как обеспечивают высокую связность бетонной смеси, вовлекая в небольшом количестве воздух, создают замкнутую пористость, повышая морозостойкость бетона, практически предотвращают водоотделение на поверхности свежсотформованных изделий, характеризуются хорошей водоредуцирующей способностью.

Повышенный расход лигносульфонатов вызывает быстрое схватывание цементных систем. Так, начало схватывания цементного теста наблюдается через 12—15 мин, а конец — через 30-50 мин с резким повышением температуры образца. Бетонная смесь для тяжелого бетона с осадкой конуса 22—25 см и расплывом 40—45 см теряет подвижность в течение 15—20 мин. Восстановить исходную вязкость бетонной смеси удается только после введения в ее состав значительного количества воды и пластификатора. Исследования выполнялись на ЖБИ № 13 (Москва). Быстрая потеря вязкости цементных систем связана с тем, что добавка лигносульфонатов, адсорбируясь на поверхности минералов С3А, имеющих наибольшее число дефектов кристаллической решетки, в виде гибссленгмю-ровских слоев с образованием мииелл крупных размеров, блокирует реакцию образования эттрингита. В этом случае образующиеся при гидратации С3А новые поверхности гидроалюминатов кальция (С3АН6) для понижения поверхностной энергии будут адсорбировать лигносуль-фонат в результате поверхностной миграции молекул или ионов, коагулируя цементную систему.

Добавка ЛСТ оказывает стабилизирующее действие и на состояние минералов силикатов кальция и новой фазы гидросиликагов кальция, то есть замедляются коагуляционно-кристаллизационные процессы структурообразова-ния в цементной системе, индукционный период становится более продолжительным. При этом замедляются процессы фазового превращения, адсорбционные слои ЛСТ снижают скорость роста кристаллов, дают возможность образовываться большему числу центров зародышс-образования, то есть способствуют созданию высокопрочной тонкодисперсной структуры цементного камня.

Исследования в растровом электронном микроскопе показали, что даже эттрингит представлен не игольчатой, а более изометричной формой кристаллов.

НИИ «Ресурсосберегающие технологии» совместно с кафедрой технологии вяжущих материалов и бетонов МИКХиС разработан на основе лигносульфонатов суперпластификатор (СП) «Вега». Введение его в количестве 0,3-0,4% от массы цемента снижает водосодержание изопластичных бетонных смесей с контрольным составом на 20—25%; повышает прочность бетона в 2 раза после тепловой обработки по режиму продолжительностью 7—12 ч и на 1,5 марки в возрасте 28 сут. При снижении расхода цемента на 100 кг на 1 м3 прочность бетона с СП «Вега» превышает прочность контрольного состава в означенные сроки на 25-35%. При твердении бетона с СП «Вега» в нормальных условиях его прочность в возрасте 3 сут составила 80-85%, а в возрасте 7 сут — 110—120%. На поверхности отформованных изделий отсутствует водоотделение.

Испытания добавки выполнены на Тушинском заводе ЖБК ОАО «ДСК-1», ЖБИ № 13 и на других заводах по производству бетона и железобетона. Аналогичные результаты наблюдались при использовании лигносульфонатов в пенобетонной смеси. При этом продолжительность индукционного периода увеличивается в большей степени. Исследования выполнены на заводе по производству пенобетона Министерства обороны РФ.

Испытания добавки СП «Вега» в пенобетоне показали, что ее оптимальное содержание уменьшается относительно тяжелого бетона на 0,05-0,1%. Это, видимо, связано с увеличением негативного влияния на схватывание и твердение пенобетона комплексного модификатора-пластификатора и пенообразователя. При этом пенобетон характеризовался стабилизированной тон-кодиспсрсной ячеистой структурой, расход пенообразователя был уменьшен на 100-150 г/м3, на поверхности свсжеотформованных стеновых блоков не наблюдалось водоотделения, пенобетон не имел признаков проседания.

Кроме пластифицирующих добавок широко исследованы ускорители схватывания и твердения пенобстонной смеси, например хлористый натрий, хлористый кальций, сульфат натрия и др. Эффективность применения добавок — ускорителей схватывания и твердения более высокая, чем в тяжелых и легких бетонах на пористых заполнителях, так как, ускоряя схватывание вяжущего вещества, они переводят пену в псевдотвсрдое состояние, а это уменьшает или предотвращает образование микрообъе-мов пониженной прочности в пенобетоне.

Минеральные модификаторы. Необходимость применения минеральных модификаторов (ММ) в пенобетоне связана с повышением устойчивости пены и теплофизических параметров пенобетона. В частности, введение тонкодисперсного шлака в количестве 25-30% взамен эквивалентной части портландцемента снижает коэффициент теплопроводности пенобетона на 15—20%. Использовать тонкомолотый шлак необходимо с определенной дисперсностью, при которой оптимизируется дисперсный состав многокомпонентного вяжущего, а прочность пенобетона увеличивается на 25-40% 151. Комплексное применение тонкодисперсного шлака с микрокремнеземом в количестве 8-12% дополнительно уменьшает коэффициент теплопроводности на 5—7%, а прочность пенобетона повышает на 15-20%. Повышение теплофизических характеристик пенобетона с ММ связывается с содержанием в их составе стеклофазы в количестве 10-20% и выше.

Производство тонкодисперсного шлака может быть организовано на одном из цементных заводов. Кроме того, доменный гранулированный шлак может быть использован для производства специального вяжущего для пенобетона (ШПЦ600 — ШПЦ700). Опытная партия такого шлакопортландцемента была выпущена на Липецком цементном заводе. Кроме тонкодисперсного гранулированного шлака и микрокремнезема незначительное применение взамен мелкого заполнителя получают золы ТЭС, повышающие связноеть пенобетонной смеси, а также минеральные модификаторы — регуляторы усадки пенобетона. В качестве добавок, компенсирующих усадку, применяют модификатор на основе алюминатов кальция («алаком», НЦ-20, глиноземистый цемент). При их использовании деформации усадки пенобетона снижаются в 1—2 раза.

Технология. Одним из основных требований к технологии производства пенобетона высокого качества является получение устойчивой пены при минимальном расходе и максима!ьном коэффициенте использования пенообразователя (КИП), замедляющего схватывание и твердение цементных систем на ранней стадии. Приготовление пенобетона осуществляют по двух- и одностадийной технологиям. При двухстадийной технологии пена приготавливается с помощью псногенсратора, используемого в основном в виде сопла, через которое под давлением подается пенообразователь и сжатый воздух. Качество пены в этом случае зависит от диаметра сопла и скорости подачи компонентов, и она представлена пузырьками крупных и мелких размеров. Крупные пузырьки воздуха размером более 2 мм повышают коэффициент теплопроводности за счсг конвективного теплообмена, снижают прочность, уменьшают КИП, что в большей степени ухудшает качество пенобетона за счет образования микрообъемов, содержащих повышенное количество неиспользованного пенообразователя, являющихся зародышами разрушения. Исследования показали, что повысить устойчивость иены представляется возможным путем установки сетки с размером ячейки 20-40 мкм, перекрывающей выходное отверстие сопла. В этом случае образуется однородная высокодиспсрсная пена, приводящая к повышению прочности пенобетона на 15-20%.

Приготовленную пену смешивают с цементным тестом или мелкозернистой бетонной смесью или осуществляют сухую минерализацию пены вяжущим веществом, применяемым индивидуально или с мелким заполнителем. В первом случае наблюдается повышенное водотвердое отношение, во втором водосодержание пенобстонной смеси снижается на 10-15%. Значение КИП во втором случае уменьшается в большей степени за счет разрушения пузырьков пены в начальный момент введения твердой фазы, несмотря на наличие демпфирующей обмазки ячеек пены остатками пснобетонной смеси в бетоносмесителе. Поэтому вяжущее вещество наиболее целесообразно вводить в бетоносмеситель в две стадии: медленно малую порцию, а затем через 5—10 с также медленно оставшуюся часть. Одностадийная технология приготовления, при которой процессы приготовления пены и цементной системы совмещены в скоростном бетоносмесителе, является более эффективной, так как водосодержание пенобетона более низкое относительно технологии с пеногенератором, а СТС более высокие. Исследования показали, что продолжительное (6—8 мин) приготовление пенобетонной смеси обеспечивает более высокое качество пенобетона. Это связано с тем, что в начальный период образуются крупные и мелкие пузырьки воздуха, крупные в процессе приготовления пенобстонной смеси разрушаются в большей степени, а затем ввиду высокой вязкости смеси образуется новая тонкодисперсная пена, коэффициент использования которой повышается на 10-15%.

Фактором, влияющим на качество пенобетона, является продолжительность выгрузки пенобетонной смеси из бетоносмесителя, особенно высокоскоростного. Практика показывает, что при продолжительной выгрузке пенобетонной смеси из бетоносмесителя ее плотность в начальный и конечный периоды может различаться на 100—200 кг/м3. Поэтому выгрузочное отверстие должно иметь максимально большой размер, обеспечивающий выгрузку бетонной смеси из бетоносмесителя за 3-5 с.

Подача приготовленной бетонной смеси к постам формования изделий, массивов и др. осуществляется в основном пневмотранспортом или бетононасосами по шлангам. Пенобетонная смесь, как правило, подается на расстояние 15—20 м и более. При этом практически всегда наблюдается повышение плотности пенобетонной смеси на 50—100 кг/м3, что ухудшает тсплофизические свойства пенобетона, снижает КИП и негативно влияет на прочность. Поэтому представляется целесообразным при формовании стеновых блоков (наиболее массовой продукции из пенобетона) выгрузку пенобетонной смеси из бетоносмесителя осуществлять непосредственно в форму, расположенную на тележке, имеющей возвратно-поступательные перемещения по рельсовому пути под затвором выгрузочного отверстия бетоносмесителя. В этом случае исключаются перегрузки пенобстонной смеси, ухудшающие качество пенобетона.

Укладка и уплотнение пенобетонной смеси осуществляется в основном литьевым способом под действием силы тяжести. Применение виброуплотнения при формовании изделий является эффективным технологическим приемом, обеспечивающим уменьшение водотвердого отношения на 10—15% и снижение усадки пенобетона. При этом важно, чтобы параметры виброуплотнения — амплитуда и частота колебаний были гармонизированы с дисперсностью ячеистой структуры пенобетона, то есть деформации ячеек пены за счет энергии колебаний нс должны приводить к их разрушению.

Твердение пенобетона осуществляется в большинстве случаев в естественных условиях или условиях прогрева теплым воздухом при температуре 40-60°С. В целях повышения качества пенобетона и увеличения оборачиваемости форм целесообразно использовать цементы с повышенным тепловыделением, затворитель с температурой 50-60°С, ускорители твердения и добавки ПАВ 1 группы по ГОСТ 24211—91, установки по гидромеханохимичес-кой активации твердой фазы в виде стержневых и вибрационных мельниц и др. Такие технологические приемы обеспечат более высокую степень гидратации минералов клинкера, повысят тепловыделение на ранней стадии, которое ввиду поровой структуры будет аккумулироваться в пенобетоне, снижая расход тепловой энергии на интенсификацию его твердения. Эффективным технологическим приемом является автоклавная обработка пенобетона, позволяющая стабилизировать ячеистую структуру пенобетона за счет введения 10-20% извести и уменьшающая усадку пенобетона более чем в четыре раза за счет образования субмикрокристаллических новообразований в виде низкоосновных гидросиликатов кальция тоберморито-подобных фаз.

Поэтому при организации производства пенобетона высокого качества необходимо учитывать влияние технологических факторов на синтез его структуры и СТС.

 

Список литературы
1. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М., 1979. 568 с.
2. Комар А. Г. Величко Е.Г. Белякова Ж. С. О некоторых аспектах управления структурообразованием и свойствами шлакосиликатного пенобетона // Строит, материалы. 2001. № 7. С. 12-17.
3. Инструкция по изготовлению изделий ячеистого бетона (Госстрой СССР). М.: Стройиздат. 1981. 47 с.
4. Сапелин Н.А., Бурьянов А. Ф., Бортников А.В. Теоретическая зависимость прочности бетонов на основе неорганических вяжущих от объемной массы // Строит, материалы. 2001. № 6. С. 36-38.
5. Величко Е.Г., Белякова Ж. С. Некоторые аспекты фи-зико-химии и механики композитов многокомпонентных цементных систем // Строит, материалы. 1997. №2. С. 21-25.

Оборудование для производства ячеисто-бетонных изделий

Тенденции развития формовочно-резательного оборудования для производства мелкоштучных ячеисто-бетонных изделий

Применение в современном малоэтажном и высотном каркасном строительстве мелкоштучных ячеисто-бетонных блоков связано с энергосбережением, снижением массы возводимых объектов, уменьшением трудоемкости и повышением комфортности возводимого жилья. Совокупность этих факторов определяет большой объем использования ячеисто-бетонных изделий в мировой практике жилищного строительства.

Так, в ряде европейских стран автоклавные ячеисто-бетонные изделия уже давно стали одним из широко используемых стеновых материалов. В настоящее время годовой объем производства мелкоштучных ячеисто-бетонных изделий в странах СНГ в сравнении с европейскими странами очень мал. Только Белоруссия имеет сравнимые показатели — 150 м3/год на тысячу жителей. В России и Украине уровень производства таких изделий на порядок ниже.

С введением в действие новых, более жестких норм для вновь возводимых и реконструируемых зданий повышается спрос на теплоизоляционные и конструкционнотеплоизоляционные стеновые материалы. С целью удовлетворения возрастающего спроса на эти изделия многие предприятия строительной отрасли начали развивать кассетное производство блоков неавтоклавного твердения по пенобетонной технологии. При небольшой производительности кассетная технология характеризуется наименьшими затратами на организацию производства, но имеет ряд существенных недостатков, не позволяющих достигать высоких физико-механических свойств бетона и качественных характеристик изделий [1]. Это отрицательно сказывается на свойствах возводимых стеновых ограждающих конструкций, трудоемкости строительства, перерасходе кладочных и отделочных материалов, долговечности стен.

Более высокой ступенью развития технологии производства ячеисто-бетонных изделий является резательная технология, основные принципы которой заключаются в формовании массива с последующей его разрезкой на изделия необходимых типоразмеров на специальном резательном оборудовании, когда массив находится в полуплас-тическом состоянии. Резательная технология позволяет устранить ряд недостатков, присущих кассетному способу формования изделий, но имеет ряд характерных особенностей [2]. На некоторых из них далее остановимся подробнее.

Использование примитивного резательного оборудования как в пенобетонной, так и в газобстонной технологиях нс позволяет получать изделия точных размеров с предельными отклонениями в ±1-1,5 мм. А именно такая точность размеров мелкоштучных ячеисто-бетон ных стеновых блоков дает возможность кладки стен на клеевых растворах, что обеспечивает минимальный расход кладочных и отделочных материалов, а главное, позволяет максимально использовать теплотехнические свойства ячеистого бетона в ограждающих конструкциях возводимых зданий [3, 4].

Положительной особенностью технологии пенобетона является то, что создание ячеистой структуры происходит в момент приготовления пенобетонной смеси и структурообразование в меньшей степени зависит от температурного фактора [5]. При производстве мелкоштучных пенобетонных изделий по резательной технологии выделим ряд особенностей, которые связаны со структурными свойствами сырца пенобетонного массива.

  1. Выдержка пенобетонного массива до снятия бортоснастки составляет 6-12 ч, тогда как для газобетонного массива это время находится в пределах 1,5-4 ч. Увеличение времени выдержки массива до разрезания приводит к необходимости ббльшего количества производственных площадей для постов выдержки, а также ббльшего количества бортоснастки, что соответственно увеличивает удельную металлоемкость производства.
  2. После заливки смеси в форму в результате экзотермических реакций гидратации вяжущего, а также теплообменных процессов, происходящих между ячеисто-бетонным массивом и бортоснасткой, по сечению массива может наблюдаться разность температур, которая увеличивается в направлении геометрического центра массива. Это явление — так называемый ядровый разогрев тем значительнее, чем больше размеры массива приближаются к форме куба. В первую очередь это сказывается на неравномерности набора структурной прочности массива, и на практике можно наблюдать, когда в центре массива структурная прочность соответствует или превышает необходимую прочность для его разрезки, а по краям формы массив «плывет», что затрудняет процесс резки.
  3. Введение оптимального количества структурообразующих или комплексн ых добавок позволяет сократить время выдержки до разрезания и уменьшить влияние ядрового разогрева массива, но необходим их правильный подбор, совместимость со свойствами пенообразователя и рядом других технологических параметров производства.
  4. При подогреве пснобетонной смеси скорость структурообразова-ния возрастает, и диапазон времени осуществления резания сужается. При этом не всегда представляется возможным совместить оптимальные технологические ритмы работы формовочного и резательного оборудования.
  5. Большое влияние на физико-механические свойства сырца пенобетонного массива и скорость нарастания структурной прочности оказывает как сам метод приготовления пенобетонной смеси, так и обеспечение повторяемости состава, определяющееся качеством работы технологического оборудования [5]. Поэтому резку пенобетонного массива на практике осуществляют при большей структурной прочности массива и соответственно с использованием более прочных (большей толщины) струн, а для уменьшения вертикального нсдореза — струн с навивкой. Для пенобетонной технологии уже производят специальное резательное оборудование, которое обеспечивает разрезание сырца массива при значительно большей структурной прочности, чем у автоклавного ячеистого бетона |6|. При использовании струн с навивкой на поверхности изделий наблюдается своеобразный рисунок, так называемый драконов зуб, и уплотнение поверхности разрезаемых изделий аналогично кассетному формованию пенобетонных блоков. В эксплуатационных условиях уплотненный слой поверхности изделий часто отслаивается из-за различных величин усадки самого изделия и его поверхностного слоя [11].
  6. Выполнение горизонтального реза ячеисто-бетонного массива с использованием струн увеличенного диаметра приводит к необратимым деформациям слоев массива и появлению трешин.

На формирование оптимальных размеров массива оказывают влияние не только физико-механические свойства сырца ячеисто-бетонного массива, но и основные принципы резания, определяющие получение изделий точных размеров. Основополагающий принцип получения точных размеров изделий -это использование как можно более короткого реза, что вносит определенные ограничения в размеры формуемого массива.

За последние годы наблюдается определенная эволюция развития резательного оборудования для производства мелкоштучных ячеистобетонных изделий. Проведенный нами анализ развития этой технологии выявил тенденцию совершенствования поддонной транспортировки массива и перехода на минимально короткий рез [2]. Здесь следует отметить два основных направления.

  1. Массив остается на формовочном поддоне без технологической операции кантования (линии «Агроблок», «Виброблок»,«Экстраблок», «Конрекс» и др.).
  2. Массив кантуется на боковой борт формы при повороте ее на 90° (линии «Итонг», «Маза-Хен-ке», «Хёттен») или подставной поддон («Верхан»),

Для первого направления высота откалиброванного массива чаще всего составляет 0,6 и 0,8 м и не может превысить значительно этой величины. Это взаимосвязано как со свойствами исходных сырьевых материалов, так и со свойствами норизуемой бетонной смеси, то есть с процессами, происходящими при образовании ячеисто-бетонного массива. Практически для конструкционнотеплоизоляционных бетонов высота вспучивания ограничивается размером 0,6—0,8 м, а для теплоизоляционных 0,3—0,4 м. Седимснтацион-ные процессы могут быть сведены к минимуму за счет оптимальной величины вязкости смеси и дисперсности твердых компонентов [7].

Для второго направления высота вспучивания массива равна длине минимального реза, последующее кантование массива на 90“ позволяет производить эту операцию по его короткой стороне. Здесь выполнение продольного горизонтального реза связано с некоторыми особенностями. Увеличение ширины массива, а после операции кантования
— высоты приводит к росту удельного давления в образовавшемся резе, что способствует восстановлению количества контактов в структуре бетона. Разделение слипшихся изделий производят после тепловлажностной обработки механическим способом и для этого используют сложный манипулятор -делитель. Не исключено получение некачественной поверхности изделий, трешинообразованис, что взаимосвязано как со структурными свойствами ячеисто-бетонного массива, так и со скоростью проведения данной операции.

Длина ячеисто-бетонного массива является наиболее подходящим размером для увеличения объема массива и соответственно производительности технологической линии при прочих равных условиях, которая взаимосвязана с техническими характеристиками смесительного, транспортного, резательного и теплотехнического оборудования. Поэтому при разработке формовочно-резательного оборудования необходимо рассматривать комплекс взаимосвязанных вопросов: номенклатура выпускаемой продукции — годовая производительность — технология — технологическое оборудование.

Анализируя складывающуюся ситуацию в строительной отрасли, возрастающий спрос на ячеисто-бетонную продукцию и повышение ее стоимости, прогнозируем увеличение спроса на формовочно-резательное оборудование в странах СНГ. При этом оно будет использоваться как при организации новых производств, так и для реконструкции недогруженных по мощности заводов железобетонных изделий и заводов силикатного кирпича.

С организацией современного производства ячеисто-бетонных изделий возрастает нау косм кость технологии, усложняется технологическое оборудование, увеличивается степень автоматизации всех переделов производства, и это для единственной цели — получения качественной и конкурентоспособной продукции, отвечающей современным требованиям и методам строительства. В создании новых технологий и оборудования необходима совместная работа научно-исследовательских коллективов, производителей оборудования и заводских технологов.

Назрел вопрос пересмотра нормативной документации в этом направлении. Так, некоторые положения ГОСТ 21520-89 «Блоки из ячеистых бетонов стеновые мелкие» требуют пересмотра в связи с изменением теплотехнических требований к ограждающим конструкциям. Некоторые положения ГОСТ (ДСТУ) «Бетоны ячеистые» требуют доработки и уточнения. Необходимо уточнить расчетные величины теплопроводности ячеисто-бетонных изделий на основе фактических показателей эксплуатационной влажности в наших условиях (по примеру стран Западной Европы, Республики Беларусь, А-4%, Б-5%) и внести изменения в соответствующий нормативный документ (СНиП 11-3-79 с изменениями).

Возросший спрос на этот вид стеновых материалов, технологию их производства подтверждается и тем, что в 2003 г. в России и Украине состоялось четыре конференции и семинара: международная конференция «Автоклавный ячеистый бетон: производство, проектирование, строительство, бизнес» (Москва, Сокольники); международный научно-практический семинар «Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве» (Днепропетровск, ПГАСА); международная конференция «Пенобетон-2003» (Белгород, БГТУ); производственно-технический семинар «Модернизация и развитие производственно-технической базы для увеличения объемов производства ячеисто-бетонных изделий в Украине» (Киев, НИИСП).

 

Список литературы
1. Большаков В.И., Мартыненко В.А. О развитии производства мелкоштучных блоков из ячеистого бетона неавтоклавного твердения // Строительные материалы и изделия. 2002. № 1. С. 13-15.
2. Большаков В.И., Мартыненко В.А., Ястребцов В. В. Производство изделий из ячеистого бетона по резательной технологии. Днепропетровск: Пороги, 2003. 144 с.
3. Сажнев Н.П., Гончарик В.Н., Гар-нашевич Г.С., Соколовский Л.В. Производство ячеисто-бетонных изделий: теория и практика. Минск: Стринко. 1999. 284 с.
4. Сажнев Н.П., Шелег Н.К. Производство ячеистобетонных изделий по технологии фирмы «Хсбель» // Белорусский строительный рынок. Сб. статей. 2003. С. 13-17.
5. Мартыненко В.А. Ячеистые и по-ризованные легкие бетоны // Сб. научных трудов. Днепропетровск: Пороги. 2002. 172 с.
6. Вахрушев А. «Регион-100» — новое оборудование для производства ячеистого бетона с помощью резательной технологии // ТехноМир. 2001. № 4. С. 56-57.
7. Мартыненко В.А., Ворона А.Н. Запорожский ячеистый бетон. Днепропетровск: Пороги. 2003.95 с.

Терминология ячеистых бетонов

В последние годы в связи со значительным повышением требований к теплозащитным свойствам ограждающих конструкций жилых и общественных зданий одной из немногих разновидностей бетонов, из которых возможно возведение теплоэффективных ограждающих конструкций приемлемой толщины (не более 50 см), являются ячеистые бетоны.

Ячеистые бетоны в последние годы получили второе рождение. Значительно вырос объем выпуска изделий, особенно из ячеистых бетонов пониженной плотности. Возрождено производство монолитного ячеистого бетона, а также освоено производство изделий из неавтоклавного ячеистого бетона, характеризующегося достаточно высокими показателями физико-технических свойств.

Производством и применением ячеистых бетонов в настоящее время занимается новое поколение ученых, проектировщиков и производителей. Поэтому представляется актуальным уточнение терминологии многообразных видов ячеистых бетонов.
В настоящей статье в порядке обсуждения предлагается терминология ячеистых бетонов.

Бетон ячеистый — искусственный камневидный пористый строительный материал с равномерно распределенными воздушными ячейками (порами) диаметром 0,1—3 мм, занимающими от 20 до 90% объема бетона, получаемый в результате затвердевания смеси из вяжущего, кремнеземистого компонента, порообразователя, воды, химических добавок или без них.

Газобетон — разновидность ячеистого бетона, получаемая из смеси вяжущего, кварцевого песка, воды,
химических добавок (или без них) и газообразователя (преимущественно алюминиевой пудры). Порообразование создается в результате химической реакции между алюминиевой пудрой и щелочным компонентом, содержащимся в вяжущем или специально вводимым в сырьевую смесь.

Пенобетон — разновидность ячеистого бетона, получаемая из смеси вяжущего, кремнеземистого компонента, воды и предварительно приготовленной пены на основе пенообразователя и воды, которую перемешивают с бетонной смесью.

Поробетон — разновидность ячеистого бетона, получаемая в результате перемешивания в скоростном смесителе смеси вяжущего, кремнеземистого компонента, пенообразователя и воды без предварительного приготовления пены.

Газо-, поро-, пеносиликат — разновидность ячеистого бетона, у которого в качестве вяжущего применяют негашеную известь или смешанное вяжущее (цементное, шлаковое, зольное и т. д.), содержащее известь в количестве 50% и более.

Ячеистый золобетон (газозолобетон, пенозолобетон, порозолобетон) — разновидности ячеистого бетона, у которого в качестве кремнеземистого компонента применяют кислые золы ТЭС.

Автоклавный ячеистый бетон — бетон, твердение которого происходит в среде насыщенного водяного пара при давлении выше атмосферного (преимущественно 8—14 ати).

Неавтоклавный ячеистый бетон — бетон, твердение которого происходит в естественных условиях при электропрогреве или в среде насыщенного водяного пара при атмосферном давлении.

Теплоизоляционные ячеистые бетоны (марок по средней плотности D400 и менее) предназначены для утепления различных конструкций жилых и промышленных зданий (стен, покрытий, перекрытий, трубопроводов и т. д.).

Конструкционно-теплоизоляционные ячеистые бетоны (марок по средней плотности D500-D900, класс по прочности В 1,5—В5) предназначены для самонесущих ограждающих конструкций жилых и общественных зданий.

Конструкционные ячеистые бетоны (марок по средней плотности D900—D1200, класс по прочности В5-В20) предназначены для изготовления конструкций, несущих большие нагрузки (внутренние несущие перегородки, перекрытия, перемычки).

Наименование ячеистых бетонов включает как основные, так и специфические признаки, назначение, условия твердения, способ порообразования, вид вяжущего и кремнеземистого компонента. Например, конструкционно-теплоизоляционный автоклавный газосиликат, неавтоклавный теплоизоляционный пенобетон, конструкционный порозолобетон.

Некоторые термины применяются для оценки качества ячеистых бетонов (см. таблицу).

Показатель качестваПояснение
Нормируемая прочность
ячеистого бетона
Прочность затвердевшего ячеистого бетона (класс бетона), заданная в государственных стандартах или нормативно-технической документации, твержденной в установленном порядке (проектная марка)
 Фактическая прочностьПрочность затвердевшего ячеистого бетона, определяемая по результатам испытания контрольных образцов или образцов, взятых непосредственно из конструкций
 Текучесть ячеисто-бетонной смесиСпособность ячеисто-бетонной смеси растекаться под действием собственного веса
 Водоудерживающая способность Способность ячеисто-бетонной смеси удерживать в своем составе воду
 ПрочностьСвойство затвердевшего ячеистого бетона, не разрушаясь, воспринимать различные виды нагрузок и воздействий
 ДеформативностьСвойство податливости затвердевших бетонов к изменению первоначальной формы и размеров
 Усадка Уменьшение линейных размеров и объема затвердевшего бетона вследствие потери им влаги, гидратации, карбонизации и других процессов
 НабуханиеУвеличение объема затвердевшего ячеистого бетона вследствие поглощения им из окружающей среды жидкости или пара
 ТеплопроводностьСпособность ячеистого бетона передавать количество теплоты от более нагретой поверхности к менее нагретой
 ТеплоемкостьКоличество тепла, поглощаемого ячеистым бетоном при его нагревании на 1°С
МорозостойкостьСпособность затвердевшего ячеистого бетона в увлажненном состоянии сопротивляться разрушающему воздействию попеременного замораживания и оттаивания
Водотвердое отношениеХарактеристика состава ячеисто-бетонной смеси, обеспечивающего получение необходимой текучести ячеисто-бетонной смеси, влияющего не только на прочность, но и на морозостойкость ячеистого бетона
Автоклавная обработкаЗаключительная стадия производства ячеисто-бетонных изделий при автоклавной обработке при давлении 0,8-1,6 МПа и температуре водяного пара 175-200°С.
При автоклавной обработке происходит химическое взаимодействие между кремнеземом и окисью кальция, в том числе находящегося в портландцементе.
с образованием низкоосновных гидросиликатов кальция, и ускоренное превращение силикатной массы в каменный материал.
 Средняя плотность Отношение массы к объему ячеистого бетона

ТА. УХОВА, канд. техн. наук, ГУП «НИИЖБ» (Москва)

Технология производства газобетона

Различные технологии производства автоклавного газобетона. Преимущества и недостатки

Сравнительный анализ различных технологий производства газобетона, применяемых в настоящее время, показывает, что каждой из них свойственны как преимущества, так и недостатки. Делая необходимую поправку на то, что некоторые производители оборудования комбинируют элементы разных технологий, можно признать, что в мире существуют четыре основные системы:

  1. Система Итонг с вертикальной резкой и вертикальным автоклавированием.
  2. Система Хебель/Дюрокс с горизонтальной резкой и горизонтальным автоклавированием.
  3. Система Сванхольм с вертикальной резкой, при этом днище формы служит автоклавной тележкой.
  4. Комбинирированная система с вертикальной резкой и обратной кантовкой для горизонтального автоклавирования.

В России и странах СНГ хорошо известна и применяется ударная технология с горизонтальной резкой и горизонтальным автоклавированием.

В целом на этапах технологии от подачи песка на мельницу и далее на смеситель системы похожи между собой, но в зависимости от мощности завода при дозировании сырья могут быть различия.

Помол песка бывает двух типов — сухой и мокрый. Обе технологии помола могут использоваться во всех системах производства газобетона. Недостатком сухого помола является необходимость сушки песка перед подачей в мельницу. Данная технология требует дополнительных затрат на оборудование и электроэнергию. В то же время песок может храниться в бункерах. Основным недостатком мокрого помола является потребность в больших емкостях и мешалке для песчаного шлама. Учитывая абразивную природу материала, требуется дополнительное время на эксплуатацию и очистку емкостей.

Смешивание. На заводах небольшой производительности процесс смешивания может протекать таким образом, что смесительная емкость также выполняет функцию взвешивания. Это касается песка или песчаного шлама (в зависимости от типа помола), возвратного шлама, цемента, извести и ангидрида. Другие компоненты подаются в смеситель отдельно.
На больших заводах требуется система, при которой различные виды сырья предварительно дозируются в отдельные емкости. В этом случае дозирование происходит одновременно с работой смесителя. Время дозирования может быть коротким.

Для производств газобетона большой мощности возможно применение также «отрицательных» систем дозирования, при которых расход материала меньше загрузки. При этой системе для всех видов сырья необходимы большие емкости дозирования. Из емкостей посредством шнековых конвейеров материал подается в смеситель. Это также возможно для коротких циклов.

Система Итонг

Данная технология применяется с 1960-х гг. во всем мире на всех предприятиях компании. Считается, что в настоящее время это наиболее распространенная и технически проработанная система. Некоторые машиностроительные компании копируют это оборудование и продают его во многих странах (рис. 1).

Схема процесса производства по системе Итонг
Рис. 1. Схема процесса производства по системе Итонг

Сам процесс типичен для всех систем. Смесь заливается в формы, при этом конструкция самих форм может различаться. Процесс вызревания также похож в разных системах и занимает 90-240 мин в зависимости от рецептуры и наличия первичного сырья.

Форма системы Итонг имеет съемный борт-поддон, применяемый также для запаривания, который при помощи крана вместе с массивом отделяется от формы, кантуется на 90°, устанавливается на тележку и пропускается через линию резки. Массив проходит через станции горизонтальной, вертикальной и поперечной резки, т. е. разрезается с трех сторон. Поскольку на линии резки массив находится в вертикальном положении, на данном этапе также может происходить фрезерование ручных захватов («карманов»).

Разновидностью данной системы является подвижная резательная машина, последовательно перемещающаяся через массив, который остается в одном положении.

После окончания резки массив с бортом-поддоном устанавливается вторым краном на запарочную тележку, на которой он затем подается в автоклав. После запаривания в автоклаве массив перемещается в зону разгрузки.

После запаривания блоки или панели должны проходить через устройство разделения (делитель), поскольку в результате химической реакции, протекающей в автоклаве, ряды по горизонтали склеиваются под собственным весом. Делитель может быть спроектирован как кран для перемещения расформованных изделий на паллеты.

Преимущества

• Возможность производства блоков и панелей разных типоразмеров и функционального назначения.
• Возможность резки и профилирования всех сторон массива.
• Возможность профилирования системы паз-гребень и ручных захватов на сырце.
• Гибкость системы при применении таких вяжущих, как известь и цемент.
• Возможность замещения извести цементом и наоборот.

Недостатки

• Для линии резки требуется нижний слой толщиной до 50 мм.
• При нетто-объеме массива 4,5 м до 4% составляют отходы (после обработки могут направляться на повторную рециркуляцию, что экономит цемент и известь).

Система Хебель/Дюрокс

Технологическая система до этапа смешивания идентична вышеописанной. Приготовленная смесь заливается в формы, конструкция которых отлична от системы Итонг.

Вместо одной стороны все боковины отсоединяются от днища формы и переносятся краном. На некоторых предприятиях применяются формы с несъемными боковинами, которые раскрываются при распалубке массива (рис. 2).

Схема производства по системе Хебель
Рис. 2. Схема производства по системе Хебель

Затем массив целиком при помощи вакуумного крана (без днища) подается на резательную машину. Массив не кантуется и проходит через линию резки. Ручные захваты не могут фрезероваться на этапе резки, поскольку массив находится в горизонтальном положении. Эта операция выполняется уже на готовом массиве после автоклавирования.

По окончании резки массив переносится краном на запарочные решетки, которые в два или три яруса устанавливаются на автоклавные тележки. Поскольку массивы подаются в автоклав в горизонтальном положении и блоки не проседают под собственным весом, эффект склеивания менее выражен по сравнению с технологией Итонг.

Преимущества

• Нижний слой не требуется для делителя.
• Меньше повреждений изделий, толщина которых менее 100 мм.
• Возможность производства массивов с очень ровной поверхностью.

Недостатки

• Резательная машина имеет более сложную конструкцию и более трудоемка в обслуживании и эксплуатации.
• Невозможность профилирования захватов на этапе резки.
• Массивы должны иметь большую пластическую прочность для переноса на линию резки, что требует более качественного сырья и высокого расхода вяжущих (цемента и извести).
• Более высокие производственные издержки.
• Длительность цикла возрастает, поскольку скорость резки замедляется для обеспечения ровной поверхности массивов, что по сути не имеет большого практического значения.
• Сложность очистки автоклавных рам (Дюрокс).

Система Сванхольм

Данная система отличается невысокой производительностью с низким уровнем автоматизации и может быть рекомендована в первую очередь для развивающихся стран.
Система базируется на том, что форма имеет две емкости для заливки и одновременно служит и запарочной тележкой (рис. 3). Она неподвижна во время выдержки массивов (35-60 мин) и затем проходит через резательную машину. При этой системе нет возможности профилировать захваты. Затем форма подается в автоклав. Конструкции формы обусловливают низкое использование полезного обьема автоклавов и повышенный расход электроэнергии для прогрева металлических частей формы.

Схема системы Сванхольм
Рис. 3. Схема системы Сванхольм

Преимущества

• Небольшие инвестиции.
• Низкие эксплуатационные затраты.

Недостатки

• Низкая производительность.
• Невозможность производства панелей.
• Более высокая трудоемкость.
• Повышенный расход электроэнергии при автоклавировании. Комбинированная система

Система практически идентична описанным вплоть до этапа резки. Перед резательной машиной установлен небольшой кран для распалубки массива. Он снимает боковины, которые являются рамной конструкцией. Массив перемещается на кантователь. В отличие от других систем кран отсутствует. После прохождения последней станции резки массив кантуется в горизонтальное положение и нижний слой падает в приямок для повторного использования. Массив переносится на автоклавную тележку и устанавливается в три яруса для запаривания.

При производстве изделий толщиной менее 200 мм требуется делитель, поскольку ниже этого значения материал склеивается и должен расформовываться.

Процесс автоклавирования во всех системах идентичен.

Преимущества

• Возможность производства панелей и блоков разных типоразмеров.
• Возможность профилирования ручных захватов на этапе сырца.
• Нет отходов ввиду отсутствия нижнего слоя.
• Нет необходимости в кране для переноса массива на резательную машину, эту функцию выполняет кантователь.

Недостатки

• Полностью автоматизированная система, требуется квалифицированный персонал.
• В ряде случаев также необходим делитель.
• Вероятность повреждения массива-сырца в результате дополнительных перемещений.
• Необходимость обратной кантовки для укладки на паллеты.
• Поверхность блоков различна.

Ударная технология

Данная технология была разработана в 1980-х гг. в бывшем СССР и до сих пор применяется в России. Основное отличие от других систем заключается в том, что форма устанавливается на ударный стол, который сообщает ей динамическое воздействие для ускорения процесса созревания массива. Затем формы вновь переносятся на фундамент для набора прочности. Технология резки массива аналогична системе Хебель.

Преимущества

• Применение смесей с водотвердым отношением (В/Т) до 0,48.
• Получение более высокой прочности при одинаковой плотности, что дает возможность снижать расход вяжущих материалов.
• Более короткий цикл созревания массива.

Недостатки

• Высокие первоначальные затраты.
• Требуется прочный фундамент для ударного стола.
• Более короткий срок службы форм из-за ударных воздействий.
• Горизонтальная резка требует длинной струны, что негативно отражается на геометрии блоков.

Таковы основные системы производства автоклавного газобетона, применяемые в мире на современном этапе.
Фирма SKM GmbH предлагает заказчикам в России индивидуальные технические решения, сочетающие в себе преимущества всех перечисленных технологий, для производства блоков высокого качества и точной геометрии.

Технология производства ячеистых бетонов

Технология производства высокоэффективных конструкционно-теплоизоляционных ячеистобетонных блоков для малоэтажного и коттеджного строительства.

В статье представлены технология производства и показатели свойств стеновых блоков из неавтоклавного ячеистого бетона с использованием доломитовой муки в качестве минерального наполнителя.

Сегодня найдется не много материалов, которые используются и строительстве в своем первозданном виде. Век новых технологий подарил людям возможность совершенствовать их свойства. Кирпич, как правило, имеетулучшенные теплоизоляционные и прочностные характеристики, для древесины придумано множество химических препаратов, которые позволяют защитить дом отпожара и вредных насекомых. Новейшие разработки учитывают не только требования к несущей способности строительных материалов, но и обеспечивают легкость их использования и экономичность.

Как известно, характерными особенностями ячеистого бетона являются отличная теплоизоляция, аэропроницаемость, пожаробезопасность, долговечность и экономичность, что делает его весьма конкурентоспособным на современном рынке строительных материалов.

В настоящий период развития строительного производства наблюдается резкое ужесточение требований к теплозащитным свойствам ограждающих конструкций при отсутствии разработанных рекомендаций, которые хотя бы в общих чертах могли бы определить основн ые пути достижения вводимыхтребований. Это предопределило широкое использование многослойных теплоизоляционных систем на основе пенополистирольных и минераловатных плит, долговечность и экологическая безопасность которых является темой широкой дискуссии.

В последней четверти прошлого столетия наибольшее распространение получил один вид ячеистого бетона — автоклавный газобетон. Производство этого материала требовало значительных энергетических и материальных затрат. Основным его ишредиентом был кварцевый песок, размалываемый почти до тонкости цемента в гигантских энергоемких шаровых мельницах. Обработку отформованных изделий производили в громатных, тяжелых и дорогих автоклавах диаметром до 3,6 м и длиной в несколько десятков метров.

Неавтоклавный ячеистый бетон развивался почти одновременно с автоклавным, но такого широкого распространения не получил, оставаясь продукцией мелких предприятий, принадлежащих строительным организациям, небольшим акционерным обществам или частным лицам.

При неавтоклавном производстве смесь для получения газобетона оставляют твердеть в естественных условиях. Это относительно дешевый способ получения строительного материала: минимальны затраты электроэнергии, нет необходимости применять специальное оборудование. Несомненно, при существенном росте цен на энергоносители, повышении доли транспортных расходов в себестоимости продукции этот вид производства заслуживает внимания, в особенности при проектировании и строительстве малоэтажных домов.

Ячеистый бетон — трехфазная система, в которой твердая фаза обеспечивает каркас и прочность материала, газовая фаза обеспечивает его физические свойства, жидкая фаза, присутствующая в капиллярно-пористом теле, оказывает определенное влияние на физико-технические свойства.

Зная влияние каждого из сырьевых компонентов и их совокупное влияние на свойства ячеистого бетона, можно целенаправленно управлять ими на всех стадиях технологического процесса производства ячеистобетониых изделий.

Исходя из того что твердая фаза должна обеспечивать прежде всего требуемую прочность, технологический процесс должен быть направлен на создание наиболее прочного межпорового пространства. Это обеспечивается свойствами исходного сырья, которые зависят как от собственно химического и минералогического состава, так и от качества подготовки исходных компонентов.

Традиционно для изготовления изделий из ячеистого бетона применяют следующие материалы: вяжущие, кремнеземистые компоненты, газообразователи, воду и пластифицирующие добавки, регулирующие процессы газообразования и загустения.

Целью работы явзяется разработка технологии производства высокоэффективных конструкционно-теплоизоляционных стеновых блоков из неавтоклавного ячеистого бетона для малоэтажного и коттеджного строительства с использованием доломитовой муки в качестве минерального наполнителя.

В проводимых исследованиях для получения изделий из неавтокдавного ячеистого бетона были использованы следующие сырьевые материалы:

  • вяжущее: портландцемент марки ЦЕМ I 42,5 Н ГОСТ 31108 [1] (производитель ПРУП «Белорусский цементный завод», г. Костюковичи, Республика Беларусь);
  • минеральный наполнитель: мукадоломитовая (производитель ОАО «Доломит»), удовлетворяющая требованиям ГОСТ 14050 [2];
  • газообразователь: алюминиевая пудра ПАП-2 (производитель ОАО «БЕЛХИМ») по ГОСТ 5494 [3];
  • добавки: ускоритель твердения — сульфат натрия по ГОСТ21458 [4], пластификатор РеламиксТ-2 (производитель ООО «Полипласт Северо-Запад», г. Кингисепп);
  • вода по СТБ 1114 [5].

В лабораторных условиях был получен неавтоклавный ячеистый бетон и апробирован на выпуске опытно-промышленной партии объемом 5 м3 стеновых блоков из неавтоклавного ячеистого бетона на предприятии ООО «УНИБУД» (г. Мозырь, Республика Беларусь).

Производство стеновых блоков из нсавтоклавного ячеистого бетона на предприятии осуществлялось по литьевой технологии на линии ПБЗ-120А российского производства (ООО «СтромТехИнвест»),
Технологический процесс приготовления бетонной смеси состоял из следующих технологических операций: приготовление алюминиевой суспензии; приготовление раствора химических добавок; перемешивание составляющих бетонной смеси.

Алюминиевая суспензия приготавливалась в емкости, входящей в состав узла ППЖК (предварительная подготовка жидких компонентов). Подготовка газообразователя заключалась в том, что весовым дозатором дозируют гидрофильный газообразователь, благодаря которому исключается добавка ПАВ в суспснзатор и снижается время приготовления суспензии от 10 до 15 раз. Далее происходило дозирование воды в пропорции (1:30) газообразователя, и все эти компоненты подавались в смеситель. Перемешивание смеси осуществлялось от 20 до 30 мин. Готовая суспензия перекачивалась в расходную емкость узла СДЖК (смеситель — дозатор жидких компонентов) автоматизированного комплекса.

Раствор химических добавок приготавливался в соответствующей емкости узла ППЖК (предварительная подготовка жидких компонентов). Температура воды состааляла не ниже 40°С. Заданное количество сульфата натрия, пластификатора Реламикс Т-2 и едкого натра растворялось в определенном количестве воды, дозировалось небольшими порциями при непрерывном перемешивании. Готовый раствор добавок перекачивался в расходную емкость узла СДЖК.

Портландцемент и долом ит подавался винтовыми транс-портерами в дозатор-смеситель компонентов (ДСК) для приготовления бетонной смеси, который работает совместно со смесителем-дозатором жидких компонентов (СДЖК). Управление совместной работой ДСК и СДЖК производилось со щита электронного управления СДЖК, где находится микропроцессор, который по запрограммированной циклограмме производит следующий ряд действий:

  • автоматическое дозирование сухих компонентов;
  • автоматическое дозирование жидких компонентов;
  • автоматическое управление последовательностью и временем работы всех агрегатов комплекса;
  • автоматизацию регулировки температуры жидких компонентов.

Применение химических добавок в оптимальных количествах предусматривалось для уменьшения расхода воды затворения, интенсификации нарастания пластической прочности сырца и улучшения прочностных показателей.

Дозировка компонентов в смеситель при приготовлении бетонной смеси производилась в соответствии с программной установкой в следующей последовательности: вода и раствор химических добавок, снятая горбушка, цемент, доломит, алюминиевая суспензия. Время приготовления растворной смеси после выгрузки сухих компонентов в смеситель составляло от 3 до 5 мин. Перемешивание растворной смеси с алюминиевой суспензией — не более 2 мин.

Подготовленные к заливке формы подавались на узел формования по рельсовым путям с поста чистки и смазки. Для смазки форм применялись специальная смазка «АТ-5-Б». Боковые стенки формы и дно накрывались полиэтиленовой пленкой, которая фиксировалась зажимами.

Смесь заливалась в форму по гибким рукавам. После заливки форма с массивом перемешалась по обгон ной тележке на конвейерную линию транспортировки в зону предварительной выдержки. Массив с температурой смеси не более 35°С подавался по рельсовым путям в туннельную камеру предварительной выдержки. Открытые поверхности массива укрывались полиэтиленовой пленкой от пересыхания.

Предварительная выдержка массива осуществлялась в камере созревания нс менее 4 часов при температуре не более 50°С. При достижении достаточной для резки пластической прочности сырца форма перекатывалась на пост распалубки, на котором бортоснастка разбиралась, и массив с поддоном по обгонному пути подавался на пост резки. С целью получения изделий с точностью размеров ±1,0 мм применялись машины автоматизированного резательного комплекса РИФ-1. Там же и осуществлялось снятие горбушки.

Снятие горбушки и разрезание массива на изделия производилось с помощью автоматической резательной установки с точностью реза ±2 мм. Снятая над формой горбушка с помощью ленточного транспортера подавалась в бункер, затем дозировалась в смеситель отходов, где перерабатывалась в шлам.

Далее производилась разрезка массива ячеистого бетона на изделия заданного размера. Разрезание массива происходило без боковой бортоснастки. Распиленные массивы на поддонах-тележках по обгонному пути подавались в туннельные пропарочные камеры для дальнейшей тепловлажностной обработки. Температура бетонного сырца при установке в камеру пропаривания составляла от 30 до 40°С. Тепловлажностная обработка (ТВО) изделий осуществлялась в туннельных камерах от 10 до 12 часов при температуре не менее 50°С.

Таблица. Показатели свойств стеновых блоков из неавтоклавного ячеистого бетона

Показатели свойств

Величина показателей

по СТБ 1117-98опытной партии
Средняя плотность в сухом состоянии, кг/м3576-625589-600
Марка по плотностиD600D600
Марка по прочностиМ25М25
Класс по прочностиВ2В2
Коэффициент теплопроводности в сухом состоянии, Вт/(м·°С), не более0,140,12
Коэффициент паропроницаемости в сухом состоянии, Мг/(м·ч·Па), не менее0,170,26
Усалка при высыхании бетона, мм/м, не более3,01,79
Сорбционная влажность при относительной влажности воздуха 75%, %, не более8,06,9
Отпускная влажность, %, не более35,020,3
Марка по морозостойкости, циклы, не нижеF25F35

После ТВО полученные стеновые блоки из неавтоклавного ячеистого бетона подвергались испытанию по СТБ 1117 [6]. Технические характеристики изделий, полученных по описанной технологии, представлены в таблице.

Выводы:

Разработана технология производства высокоэффективных блоков из нсавтоклавного ячеистого бетона на основе доломитовой муки со следующими техническими показателями, удовлетворяющими требованиям СТБ 1117: марка (класс) по прочности М25 (В2), средняя плотность не более 600 кг/м3. Данные изделия рекомендуется применять в качестве конструкционно-теплоизоляционного материала для малоэтажного и коттеджного строительства.

 

Библиографический список
1 ГОСТ 31108-2003 Цементы общестроительные. Технические условия. — Пне/). 2004.01.09.- М.: Изд-во стандартов, 2003, с. 25.
2 ГОСТ 14030-93 Мука известняковая (доломитовая). Технические условия. Ввод. 1995.01.01,- М.: Илд-ао стандартов, 2003, с. 10.
3 ГОСТ21458-89 Сульфат натрия кристаллизационный. Технические условия. Введ. 1976.01.01. — М.: Изд-во стандартов, 1976. — 17 с.
4 ГОСТ5494-95 Алюминиевая пудра. Технические условия. — Введ.
1997.01.01,- М.: Изд-во стандартов, 1997, с. 8.
5 СТВ 1114-98 Вода для бетонов и растворов. Технические условия.
— Введ. 1999.01.01,-Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь,1998, с. 16.
6 СТБ 1117-98 Блоки из ячеистых бетонов стеновые. Технические условия. — Введ. 1999.04.01,- Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь, 1998, с. 36.

Особенности отделки стен из ячеистого бетона

В прошедшем десятилетии в моно­литном домостроении широко стали использовать такой эффектив­ный строительный материал, как мелкие стеновые блоки из ячеистого бетона автоклавного и естественного твердения. В частности, стеновые камни из газобетона или пенобетона применяют для заполнения проемов наружных и внутренних стен зданий жилого и административного (офис­ного) назначения. Таким образом, в настоящее время при возведении ог­раждающих конструкций зданий в строительной практике получает распространение сочетание несущих конструкций из тяжелого бетона плотностью 2400-2500 кг/м3 и стено­вых конструкций из ячеистого бетона плотностью 500-600 кг/м3.

Рассмотрим некоторые особенно­сти отделки стен из ячеистых бетонов на следующем примере.

В середине 90-х годов прошлого столетия в центральной части Моск­вы было построено жилое здание каркасного типа с несущими конст­рукциями из монолитного железобе­тона переменной этажности от 5 до 12 этажей. Здание поставлено на единой фундаментной плите и состо­ит из четырех отдельных секций раз­ной этажности. Наружные стены, вну­тренние перегородки и ограждения балконов выполнены из мелких сте­новых блоков автоклавного газобето­на. Толщина наружных стен до 40 см, а внутренних перегородок 10 и 20 см.

При строительстве здания была принята следующая конструкция наружных стен — несущие бетонные конструкции в сочетании с кладкой стеновых газобетонных камней разме­ром 250x300x600 мм, т.е. поэтажное заполнение монолитных железобетон­ных проемов мелкими газобетонными блоками. Далее это стеновое ограж­дение было оштукатурено на всю вы­соту здания толстым слоем (35-80мм) цементно-песчаного раствора с проч­ностью при сжатии до 10 МПа, кото­рый по существу можно рассматри­вать как самонесущую защитную стенку, связанную с газобетоном толь­ко за счет адгезии без устройства до­полнительных связей.

Финишная отделка наружных стен здания была осуществлена та­ким образом: по цементно-песчаной штукатурке нанесена цементная шпатлевка под покраску и произве­дено окрашивание наружных поверх­ ностей фасадной краской на акрило­вой основе. Для оштукатуривания и выравнивания внутренних поверхностей также был использован цемент­но-песчаный раствор.

Уже в первые годы эксплуатации здания отмечено ухудшение условий высыхания газобетона из-за толстого слоя плотной наружной штукатурки, а также резкий перепад влажности яче­истого бетона по толщине стены.

В ходе натурных наблюдений и обследований были зафиксированы значительные деформации газобето­на и штукатурного слоя, имеющие противоположную направленность (набухание газобетона, вследствие увлажнения, и усадка наружной шту­катурки при высыхании). Это свиде­тельствует о том, что изначально бы­ ли заложены условия для нарушения сцепления между ячеистым бетоном и штукатурным слоем.

Различие в деформациях отде­лочных слоев и ячеистого бетона в начальный период эксплуатации зда­ния привело к появлению на фасад­ной поверхности стен сетки трещин с различной шириной их раскрытия, а на отдельных участках к отслоению штукатурного слоя.

Отдельные трещины с шириной раскрытия до 0,5 мм появились и на внутренней отделке жилых помеще­ний здания.

Известно, что в России накоплен значительный опыт по отделке стено­вых изделий из ячеистых бетонов как в заводских, так и в построечных ус­ловиях [1]. Имеется аналогичный опыт производства отделочных ра­бот в Республике Беларусь [2].

В имеющихся на сегодняшний день рекомендациях по отделке яче­истобетонных стен заложен один об­щий принцип, заключающийся в том, что каждый последующий наноси­мый отделочный слой должен иметь большую паропроницаемость, чем предыдущий. Это позволяет стено­вому материалу легко выводить вла­гу в теплый период года и не накап­ливать ее в холодный период года, т.е. «дышать».

При этом отделка наружных по­ верхностей зданий из ячеистого бето­ на должна выполнять такие функции:

  • выравнивающую (скрывать не­ровности кладки);
  • защитную (повышать атмосферостойкость);
  • декоративную (усиливать архи­тектурную выразительность зданий).

В случае отделки внутренних по­ верхностей стен из ячеистых бетонов основными показателями являются выравнивающая способность и экс­ плуатационная надежность.

Для осуществления вышеуказан­ ных функций отделочные покрытия стен из ячеистых бетонов должны от­ вечать следующим требованиям:

  • прочность наружного штука­турного слоя должна быть по величи­ не равна или меньше прочности стенового материала и находиться в пределах от 2 до 5 МПа;
  • прочность сцепления должна быть одинаковой как со стеновым ма­териалом, так и отделочных слоев между собой, но не менее 0,4-0,5 МПа;
  • необходимо обеспечить одно­родность структуры в пределах одно­ го штукатурного слоя. При этом нагрузка на 1 м2 поверхности стены должна быть не более 25 кг (жела­тельно иметь плотность раствора 900-1100 кг/м3);
  • сопротивление паропроницаемости наружных отделочных слоев должно быть рассчитано с учетом предотвращения конденсации влаги внутри стены или в пограничной зоне (как правило, в пределах 0,1- 0,15 м2ч Па/мг);
  • водопоглощение финишного отделочного покрытия должно быть не более 5 % по массе), а морозостойкость — не менее 25 циклов попере­менного замораживания и оттаивания.

Для стен из ячеистых бетонов пе­ речисленным требованиям в наи­ большей степени соответствуют от­делочные системы, включающие в свой состав штукатурные растворы, приготовленные из современных ви­дов модифицированных сухих строи­тельных смесей (см.табл.1).

Таблица 1. Некоторые свойства штукатурных растворов из модифицированных сухих строительных смесей.

Технические показателиЯчеистый бетон
(газобетон и
пенобетон)
Цементно-песчаный
штукатурный раствор
Штукатурные растворы,
цементно-известковые
с легким наполнителем
Штукатурные растворы,
гипсоперлитовые

Штукатурные растворы,
цементно-
пенополистирольные
Плотность, кг/м3500-8001750-18001400-1500900-1050900-1100
Прочность сцепления
с основанием, МПа
2,5-5,07,5-102,5-7,52,5-52,5-3,5
Прочность сцепления с
основанием, МПа
-0,15-0,20,4-0,50,5-0,70,3-0,4
Сопротивление
паропроницаемости, м2 ч Па/мг
-0,2-0,210,15-0,160,12-0,130,1-0,12
Водопоглащение, % по массе45-608-10до 535-4510-20
Морозостойкость, циклы2525-3035-50-25
Усадка при высыхании, мм/м0,4-0,60,8-10,5-0,6отсутствует0,4-0,6
Коэффициент
теплопроводности, Вт/(м К)
0,12-0,210,55-0,580,41-0,450,16-0,180,21-0,3

Для получения сухих штукатурных смесей и растворов на их основе с вышеуказанными свойствами необходимо вводить в их состав модифи­цирующие химические добавки. Пра­вильный выбор химических добавок для сухих смесей позволяет сущест­венно улучшить технологические и физико-механические показатели штукатурных растворов.

В настоящее время отечественны­ми изготовителями освоен достаточно широкий ассортимент сухих отделочный смесей, включающий штукатур­ные смеси различного назначения:

  • для выравнивания поверхнос­тей при нанесении толщиной до 20 мм;
  • для тонкослойного нанесения толщиной до 10 мм;
  • декоративные с цветным круп­нозернистым заполнителем толщи­ ной, равной максимальной крупности заполнителя;
  • легкая минеральная штукатурка;
  • шпатлевочные смеси на обыч­ном и белом цементах;
  • гипсовые шпатлевочные смеси;
  • гипсовые штукатурные смеси.

Для получения требуемой отде­лочной системы на поверхности яче­истобетонной стены технология производства отделочных работ должна включать следующие операции:

  • очистку и обеспыливание на­ружной поверхности стен;
  • пропитку грунтовкой наружно­го слоя ячеистого бетона;
  • нанесение выравнивающего штукатурного раствора толщиной до 20 мм;
  • грунтовку верхнего штукатур­ного слоя;
  • нанесение фактурного слоя на полимерминеральной или иной основе;
  • нанесение финишного декора­тивного покрытия заданного цвета.

Грунтование поверхности стен осуществляют проникающими и ук­репляющими грунтовками. Грунтов­ка поверхности ячеистого бетона и штукатурки производится состава­ми на основе водных растворов ла­ тексов (стиролбутадиеновых или стиролакриловых).

Окрасочный состав наносится толщиной 1-2 мм, в зависимости от дисперсности наполнителя. После нанесения финишного покрытия во­допоглощение при капиллярном под­сосе отделочной системы в целом понижается в несколько раз при не­ значительном уменьшении паропроницаемости, что обеспечивает в дальнейшем высокую эксплуатаци­онную надежность.

Во многом сходной является ситу­ация с оштукатуриванием внутрен­них поверхностей стен зданий, в том числе из различных видов ячеистого бетона. В этом случае может быть ис­пользован положительный опыт ра­боты со строителями предприятий компании «Кнауф», а также ряда оте­чественных фирм (3).

Гипсовые и гипсоизвестковые штукатурки обладают низкой плотно­стью, высокой прочностью и повышенной адгезией к основанию. Гипсо­ известковые растворы быстро сохнут и не дают усадочных трещин в отде­лочном слое, поэтому применяются не только для оштукатуривания стен, но и для потолков и вытяжки карнизов.

Вследствие достаточно высокой адгезионной способности гипсовые штукатурные растворы можно использовать как для бетонных, так и для кирпичных и др. поверхностей.

Гипсовые штукатурки быстро на­бирают прочность и высыхают. В зависимости от толщины наносимо­го слоя, влажности, температуры и вентиляции в помещении оштукату­ренную поверхность можно красить или оклеивать обоями через 3-5 су­ток. После сушки поверхность гип­совых штукатурок рекомендуется прогрунтовать для улучшения адге­зии при покраске или приклеивании обоев.

Все гипсовые штукатурные рас­творы обладают хорошей паро- и га­зопроницаемостью, что повышает комфортность проживания и работы в помещениях, оштукатуренных эти­ми растворами.

Вышеуказанные гипсовые штука­турки имеют следующие технические показатели:

  • плотность:                                              900-1000 кг/м³;
  • прочность при сжатии:                      3,5-4,5 МПа;
  • прочность при изгибе:                       1,8-2,1 МПа;
  • коэффициент тепло­проводности:  0,16-0,18Вт/(мК).

Таким образом, при отделке стено­вых ограждающих конструкций из яче­истых бетонов необходимо учитывать специфические особенности этих мате­риалов, особенно, если они использу­ются в сочетании с тяжелыми железо­ бетонными конструкциями. В таком случае следует предусматривать со­здание на отделываемых поверхностях стен многослойной отделочной систе­мы, обладающей достаточно низким сопротивлением паропроницаемости, низким водопоглощением и высокими показателями адгезии как между от­дельными слоями, так и всей отделоч­ной системы к поверхности ячеистого бетона. Особое значение приобретает предельная величина нагрузки от шту­катурной системы в целом на единицу поверхности стены.

Весь этот комплекс требований к отделочным покрытиям стеновых ог­раждающих конструкций из ячеистых бетонов может быть выдержан в ус­ловиях строительной площадки толь­ко в случае, если отделка наружных и внутренних поверхностей стен про­изводится с использованием совре­менных видов сухих строительных смесей по специально разработан­ной технологии отделочных работ.

Литература

1. Инструкция по архитектурной отделке и защите от атмосферных воздействий фасадных поверхностей стеновых панелей из ячеистых бетонов в заводских условиях. / ВНИИстром им. П.П.Будникова. — М„ 1977.

2. Урецкая Е.А., Жукова Н.К. и др. Модифи­ цированные сухие смеси «Полимикс» в совре­ менном строительстве. — «Строительные мате­ риалы», 2000, No5.

3. Гамм X. Современная отделка помеще­ ний с использованием комплектных систем КНАУФ: Учеб, пособие. — М., 2002.

Ю.В. ГОНТАРЬ, А.И. ЧАЛОВА, ВНИИСТРОМ им. П.П.Будников

Также читайте:

Оконная фурнитура | Двери межкомнатные | Деревянные окна | Фурнитура для межкомнатных дверей