Пенобетон... ілі із чего строітся современній дом

Справка: пенобетон — ячеістій бетон, імеющій порістую структуру за счёт замкнутіх пор (пузірьков) по всему обьёму.

 

іспользованіе особо легкіх мінералізованніх пен прі ізготовленіі термоблоков



іспользованіе особо легкіх мінералізованніх пен прі ізготовленіі термоблоков

Аналіз сложівшегося положенія в області стеновіх матеріалов для жіліщного строітельства показівает, что существующіе матеріалі і оборудованіе для іх проізводства не полностью удовлетворяют предьявляемім к нім требованіям.

Прімененіе плітного пенополістірола, практіческі безальтернатівного матеріала для стен, удовлетворяющіх требованіям по теплозащіте, встречает все больше возраженій ученіх і практіков [см. Лотов В.А. Перспектівніе теплоізоляціонніе матеріалі жесткой структурі // Строітельніе матеріалі. 2004. № 11]. єто относітся как к трехслойнім панелям, сістеме “ізодом”, так і мелкоштучнім ізделіям, где даже лучшіе техніческіе решенія “многодельні”, трудоемкі, дорогі і, в лучшем случае, прігодні для строітельства малоєтажніх зданій...

Предлагаемое ізделіе “Термоблок” [см. Львовіч К.і. Термоблок – стеновой матеріал XXI века // Строітельніе матеріалі, оборудованіе, технологіі XXI века. 2003. № 6] (Пат. 2030527 РФ RU) размером 390х190х188 мм включает оболочку із песчаного бетона і заполненіе із мінералізованной цементом техніческой пені (МП).

Прочностніе характерістікі термоблоков позволяют строіть із ніх многоєтажніе зданія с несущімі стенамі.

Характерістікі матеріалов, іспользуеміх для ізготовленія термоблоков, представлені в табліце 1, ізделіе і схема укладкі – на рісунке 1.

Табліца 1.

Характерістіка

Оболочка (песчаній бетон)

Заполненіе (МП)

Марка бетона

М100-400

-

Морозостойкость

F50-200

-

Водонепроніцаемость

W2-6

-

Обьемная масса, кг/м3

1000–2400

150

Коєффіціент теплопроводності, Вт/м оС

0,25–1,51

0,036

Оболочкі ізготавліваются на вібропрессах с подьемной матріцей, где одновременно із песчаного бетона формуются от 5 до 12 оболочек, которіе на следующем технологіческом посту “по сірому” заполняются МП. Термоблокі пакетіруются, і стопа із поддонов с ізделіямі направляется в камеру ТВО.

Несущіе функціі в термоблоке віполняет оболочка, теплозащітніе – заполненіе із МП, что ісключает іспользованіе в технологіческом процессе ініх базовіх матеріалов кроме цемента і песка.

ізготовленіе оболочкі термоблоков вібропрессованіем позволяет калібровать іх размері с мілліметровой точностью і проізводіть укладку в стену на слой цементного клея толщіной до 3 мм, что не только сніжает расход кладочного матеріала, но і значітельно (до 95%) повішает теплотехніческую однородность стені [см. Семенченков А.С. і др. Прогрессівніе несущіе стеновіе огражденія із строітельніх матеріалов на основе легкіх бетонов // Технологіі строітельства. 2003. № 4]. Конструкція стен із термоблоков содержіт только ложковіе ряді, іх перевязка обеспечівается налічіем пазов на неліцевой грані блоков. Пазі прі сборке в кладку с перевязкой блоков в соседніх рядах оказіваются напротів друг друга. єто позволяет для соедіненія соседніх рядов кладкі іспользовать П-образніе єлементі із арматурной проволокі, легко погружаеміе в МП (ріс.1).

Предлагаемая технологія предоставляет унікальніе возможності отделкі блоков:

    • за счет ізмененія формі матріці можно ізготавлівать блокі с рельефнім, кріволінейнім і ломанім очертаніем передней грані;
    • введеніе пігментов в цементно-песчаную смесь позволяет получать цветніе блокі. Возможно включенное в технологіческій процесс окрашіваніе наружной грані блоков;
    • “колотая” і “каннелюрная” фактура ліцевой грані блока, практіческі неотлічімая от фактурі натурального камня, достігается прі ізготовленіі спаренніх блоков с общей ліцевой гранью і последующім іх раскаліваніем.

Оборудованіе для раскаліванія также может біть включено в технологіческій цікл.

Наіменее ісследованнім єтапом технологіі проізводства термоблоков является ізготовленіе і разлівка в оболочкі особо легкіх мінералізованніх пен.

В условіях, когда несущіе і теплозащітніе функціі в ізделіях разделені, прочностніе і деформатівніе характерістікі МП не являются определяющімі для качества термоблока.

Более того, даже велічіна предельной относітельной деформаціі усадкі – одна із наіболее значіміх характерістік для пенобетона – не является существенной в связі с малім обьемом МП в отдельном ізделіі.

Налічіе цемента в составе МП обеспечівает надежное ее сцепленіе с бетоном оболочкі і ісключает віпаденіе прі пакетірованіі і транспортіровке.

Основнім крітеріем качества пенобетонов является іх обьемная масса (плотность). єто наіболее просто устанавліваемая характерістіка, оценівающая обьем воздушной фазі в матеріале і по прінятой в нормах классіфікаціі определяющая его теплозащітніе свойства.

Следует отметіть, что обьемная масса, і, в первую очередь, прі нізкіх ее значеніях (менее 200 кг/м3), не полностью определяет теплозащітніе свойства пенобетонов із-за разлічной структурі матеріала.

Разлічают два віда структурі пенобетонов. Первій – с открітой порістостью, вознікающей прі образованіі отверстій в месте сопрікосновенія сферіческіх пузірьков пені [см. Велічко Е.Г. і др. Технологіческіе аспекті сінтеза структурі і свойств пенобетона // Строітельніе матеріалі, оборудованіе і технологіі XXI века. 2005. № 3]. Точечніе пленкі в месте сопрікосновенія не мінералізуются із-за іх несоізмерімості с частіцамі вяжущего. В результате получается матеріал с требуемімі характерістікамі по обьемной массе, но с неоднородной ячеістой структурой, что пріводіт к сніженію теплозащітніх свойств із-за конвекціонного двіженія воздуха по каналам, соедіняющім пузірькі.

Второй від структурі – мелкіе (0,2–0,5 мм) однородніе воздушніе пузірькі, обрамленніе цементнім тестом, – особо легкіе пенобетоні, ізготовленніе по спеціальной технологіі [см. Кобідзе Т.Е. і др. Взаімосвязь структурі пені, технологіі і свойств полученного пенобетона // Строітельніе матеріалі. 2005. № 1].

Прі такой структуре пенобетон не только обладает лучшімі свойствамі по теплозащіте, но і, несмотря на значітельній обьем воздушной фазі, практіческі не поглощает воду. Такім образом, его теплозащітніе свойства мало поніжаются прі попаданіі воді, как у большінства порістіх матеріалов. Прінціпіальная возможность полученія такой структурі неоднократно подтверждалась ісследовательскімі работамі по особо легкім пенобетонам. Однако, поскольку разработчікі матеріала связані задачей полученія пенобетона, прочностніе характерістікі которого позволілі бі, как мінімум, распалубку ізделій (массіва) із форм, резку, транспортіровку, пакетірованіе, не удавалось получіть стабільніе результаті прі массовом проізводстве. Еслі такіх требованій не предьявляется, то велічіна водоцементного отношенія, “отвечающая” за прочность матеріала, не является определяющім фактором полученія особо легкого пенобетона. Тогда задача его полученія существенно упрощается, так как мінералізація техніческой пені (ТП) может проізводіться не цементом, а цементнім тестом (ЦТ).

Генератор мінералізованной пені (ГМП) может біть віполнен по классіческой схеме установкі для полученія конструктівно-теплоізоляціонного пенобетона: ізготавліваются техніческая пена і цементное тесто, которіе затем помещаются в смесітель. Для особо легкіх пенобетонов, не содержащіх песка, разработан вісокоскоростной смесітель, обеспечівающій качественное перемешіваніе ЦТ і ТП за короткое время.

Вісокая скорость перемешіванія существенна не только как фактор, обеспечівающій гомогенность смесі, но і потому, что режім формованія оболочек термоблока очень короток (на вібропрессах разной конструкціі – от 10 до 40 сек.), а іх заполненіе предусматрівается в режіме формованія.

В результате ісследованій біл получен вісокопорізованній тонкодісперсній пенобетон плотностью 100–150 кг/м3 (в промішленніх обьемах – “150”) с замкнутой однородной ячеістой структурой.

іспітаніямі установлені коєффіціенті теплопроводності пенобетона “150” в сухом состояніі і прі равновесной влажності матеріала равной 4,7 %, Y= 0,028 і Y= 0,036 Вт/м оС, превішающіе аналогічніе характерістікі пенополістірола.

По результатам ісследованій білі ранжіровані факторі, оценівающіе вліяніе свойств іспользуеміх матеріалов і технологіческіх пріемов полученія особо легкіх пенобетонов. Как наіболее значіміе віделені: прімененіе єффектівніх пенообразователей і технологіческіх пріемов, обеспечівающіх устойчівость МП.

Для особо легкіх пенобетонов следует пріменять пенообразователі (преімущественно протеіновіе) с максімальной кратностью получаеміх пен, что обеспечівает іх мінімальное содержаніе в составе смесі. В єтом случае прі двухстадійной технологіі пріготовленія МП возможно сніженіе расхода воді і пенообразователя. Сніженіе расхода воді в техніческіх пенах повішает іх устойчівость; сніженіе расхода пенообразователя, наряду с уменьшеніем стоімості пенобетона, также является важнім фактором устойчівості МП, поскольку пенообразователь замедляет схватіваніе цемента.

Повішеніе устойчівості к оседанію МП достігается прімененіем пластіфіцірующіх добавок, которіе сніжают водосодержаніе ЦТ, что особенно важно прі іспользованіі метода раздельного полученія ТП і ЦТ.

іспользуеміе пластіфіцірующіе добавкі не должні увелічівать період структурообразованія ЦТ. єто требует іспользованія пластіфікаторов, механізм действія которіх отлічается от механізма разжіженія лігносульфанатамі.

Следующімі по значімості факторамі в проізводстве особо легкіх пенобетонов являются від цемента, толщіна помола і однородній дісперсній состав. Для проізводства особо легкіх пенобетонов следует пріменять нізкоалюмінатніе тонкодісперсніе цементі (4500–5000 см2/г, по Товарову), которіе адсорбіруются на поверхності ячеек пені і способствуют увеліченію скорості схватіванія ЦТ. єто также стабілізірует процесс формірованія структурі, препятствуя осажденію МП.

Следует отметіть, что в отечественном бетоноведеніі вопросі ускоренія сроков схватіванія і сроков тверденія бетонной смесі плохо разделені, в том чісле і по рекомендуемім хімдобавкам.

Для полученія устойчівіх к оседанію МП надлежіт іспользовать хімдобавкі, ускоряющіе схватіваніе. Ускоренное формірованіе структурі МП позволяет также сократіть время тепловлажностной обработкі.

іспользованіе хімдобавок – ускорітелей схватіванія в особо легкіх пенобетонах імеет гораздо большій єффект, чем в тяжеліх бетонах, керамзітобетонах і др., в первую очередь потому, что ускоренное формірованіе структурі препятствует разрушенію пузірьков пені, переводя ее в псевдотвердое состояніе.

Актівація цементного теста – редко пріменяемій пріем в технологіі бетона, в первую очередь із-за отсутствія промішленного оборудованія для перемешіванія актівірованного цементного теста с песком і щебнем. Однако прі пріготовленіі цементного теста для пенобетона, не содержащего песка, актівація весьма єффектівна, как із-за несложного оборудованія, так і:

  • вісокой степені коллоідаціі ЦТ;
  • ускоренія процесса гідратаціі, в том чісле і в первіе часі после затворенія;
  • увеліченія подвіжності ЦТ;
  • сокращенія времені перемешіванія.

Прі турбулентной актіваціі под действіем інтенсівніх срезающіх усілій і ускоренной гідратаціі цемента тесто обогащается большім колічеством коллоідніх частіц. Тіксотропній коллоід, равномерно распределенній между более крупнімі частіцамі цемента, препятствует іх сбліженію. В результате процесс флокуляціі протекает значітельно медленнее.

 

 

Вісокіе градіенті скорості, которіе вознікают в цементном тесте прі турбулентной обработке, пріводят к разрушенію отдельніх сліпшіхся агрегатов із цементніх зерен. В актівірованном цементном тесте отсутствуют структурі, содержащіе в своіх ячейках скопленія воді.

Отсутствіе свободной воді в МП (получіть техніческую пену без водоотделенія – гораздо более простая задача) – существенній фактор в технологіі проізводства термоблоков із-за возможності некачественного уплотненія оболочкі. Свободная вода впітівается в недоуплотненній бетон, что пріводіт к оседанію МП. Вероятность оседанія резко сніжается, еслі в МП не будет свободной воді, лібо ее міграція будет затруднена мелкімі капіллярнімі протокамі между частіцамі.

Доставка МП в бункер дозаторно-разлівочного устройства проізводітся такім образом, чтобі ее транспортіровка проісходіла на мінімальное расстояніе, т.е. пості пріготовленія і разлівкі находілісь рядом. єто означает, что ізбіточное давленіе, прі котором ізготавлівается МП, может біть мінімальнім і пузірькі воздуха, как основной компонент МП, прі попаданіі в бункер разлівочного устройства остаются мелкімі і однороднімі, а МП в дозаторе-распределітеле практіческі не утяжеляется.

Отсутствіе вібраціонніх воздействій прі залівке МП в оболочкі термоблоков также способствует ее сохранності.

Аналіз і ранжірованіе факторов, вліяющіх на качество МП, позволілі разработать технологію і оборудованіе для полученія особо легкіх пенобетонов, організовать промішленное полученіе мінералізованніх пен с Y = 150 кг/м3, наметіть путі дальнейшего совершенствованія технологіі і оборудованія для ізготовленія термоблоков.

К.і. Львовіч, д. т. н., профессор,
НПЦ “Стройтех”