Мартыненко В.А. - Анализ способов приготовления пенобетонной смеси для производства изделий и мон

УДК 666.973

В.А. Мартыненко

(ПГАСА, г. Днепропетровск)

АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПЕНОБЕТОННОЙ СМЕСИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ И МОНОЛИТНОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ

Современные тенденции жилищного и общественного строительства в Украине характеризуются увеличением доли возведения индивидуальных малоэтажных и многоэтажных каркасных домов. Такое направление связано не только со снижением энергетических и материальных затрат, но и с повышением требований к архитектурной выразительности и комфортности возводимого жилья. Данный вид строительства предусматривает использование в несущих элементах зданий прочных строительных материалов и самонесущих мелкоштучных стеновых конструкционно-теплоизоляционных и теплоизоляционных изделий. В этом случае мелкие стеновые блоки из ячеистых бетонов являются предпочтительными в отношении аналогичных материалов. В связи с этим увеличились объемы производства ячеистобетонных изделий, в том числе пенобетонных, изготавливаемых с использованием новых технологических приемов, которые решения позволили шире использовать этот эффективный материал в современном строительстве.

Возросло также количество публикаций в профессиональных журналах и рекламной информации по этому виду ячеистого бетона в сети интернета. При положительной тенденции развития пенобетонной технологии, расширении объемов ее использования порой не отмечаются ее отрицательные стороны. Пенобетонная технология преподносится как простой способ изготовления ячеистобетонных изделий, которая якобы требует меньших энергетических затрат, трудозатрат и удельной металлоемкости. Проводятся неравнозначные технологические сравнения по видам ячеистого бетона. Так, при сравнении пенобетона с газосиликатом учитывают только производственные энергозатраты, но не учитывают затраты на производство самого цемента, как наиболее энергоемкого материала в составе пенобетона. Считаю, что пенобетонная технология имеет как ряд технологических преимуществ, так и ряд недостатков. Основными технологическими преимуществами является: возможность транспортировки пенобетонной смеси, формирование ячеистой структуры бетона в момент приго-

товления смеси и при обычной температуре. Недостаток - относительно большой расход вяжущего, связанный с отрицательным действием пенообразователей на гидратацию вяжущего, которые и снижают прочностные характеристики пенобетонных изделий. Введение пенообразователя в значительном количестве для получения более низкой плотности смеси и высокое В/Т отношение смеси приводит к замедлению скорости твердения и к снижению прочности пенобетонных изделий.

П

Рис. 1. Технологические схемы производства пенобетона с использованием технической пены с приготовлением пенобетонной смеси методами: а)- традиционным; б)–сухой минерализации: 1- бункера сырьевых материалов; 2- дозаторы; 3- смеситель для приготовления раствора; 4- пеногенератор; 5- смеситель для приготовления пенобетонной смеси; 6- форма

В настоящее время в пенобетонной технологии используют следующие методы для приготовления пенобетонной смеси:

1. Поризация бетонной смеси предварительно приготовленной пеной:

а) традиционный пенный способ, заключающийся в раздельном приготовлении высокократной пены и поризуемого раствора, в последующем их смешивании в отдельном смесителе или в смесителе для приготовления раствора (рис. 1а);

б) метод сухой минерализации пены, заключающийся в предварительном приготовлении низкократной пены и ее минерализации сухими компонентами смеси путем постепенного и равномерного введения их в приготавливаемую пеномассу при одновременном перемешивании в смесителе (рис. 1б).

2.Приготовление пенобетонной смеси без приготовления пены:

-метод приготовления пеномассы аэрированием, основанный на

воздухововлечении раствором вяжущего и кремнеземистого компонента с пенообразователем при скоростном их перемешивании (рис. 2).

Рис. 2. Технологическая схема изготовления пенобетонных изделий с использованием метода аэрирования для приготовления пенобетонной смеси: 1- расходные бункера сырьевых материалов; 2- дозаторы; 3- высокооборотный смеситель; 4- форма для формования пенобетонных изделий

Каждый из рассматриваемых методов имеет свои технологические преимущества и недостатки. Используя их целенаправленно, можно управлять свойствами пенобетонной смеси, пенобетона. Имеются и отличия в перечне используемого оборудования, в затратах для организации производства изделий или пенобетона для монолитной укладки в строительных условиях.

Так, при первых двух методах приготовления пенобетонной смеси в технологическом комплекте набора оборудования используются пеногенераторы для приготовления пены. В традиционном методе пеногенератор должен приготавливать пену средней кратности (10-40) с высоким коэффициентом ее использования по объему (более 0,8) в поризуемом растворе. Эти свойства пены зависят не только от вида используемого пенообразователя (ПО), но и от конструкции пеногенератора.

На физико-технические свойства пенобетона при использовании традиционного метода приготовления пенобетонной смеси оказывает влияние ряд технологических параметров. На плотность пенобетона:

-объем вводимой пены и коэффициент ее использования в поризуемом растворе, который зависит не только от свойств пены, но и от вязкопластичных характеристик поризуемого раствора;

-количество вводимой воды;

-коэффициент осадки пенобетонной смеси.

На прочность пенобетона оказывают влияние:

-марка и расход вяжущего;

-количество кремнеземистого компонента и его дисперсность;

-содержание воды, с расходом которой связан объем образования капиллярных пор и подвижность поризуемого раствора;

-концентрация пенообразователя в растворе твердеющего вяжу-

щего;

-вид и количество вводимой добавки.

При приготовлении пенобетонной смеси методом сухой минерализации используют пену низкой кратности (примерно 4-6), которую можно приготовить как в отдельном пеногенераторе, так и в высокооборотном смесителе. Пену стабилизируют за счет введения в нее предварительно смешанных сухих компонентов смеси при равномерном их распределении путем постоянного перемешивания пенобетонной смеси. Быстрая адсорбция воды сухими компонентами приводит к снижению подвижности пенобетонной смеси и ее стабилизации. Этот метод позволяет получать более плотные межпоровые перегородки в пенобетоне, за счет уменьшения В/Т отношения и более плотной упаковки частиц вяжущего и кремнеземистого компонента.

Основными технологическими параметрами, определяющими свойства пенобетонной смеси, а в последующем и пенобетона, являются кратность пены и В/Т отношение смеси. На плотность пенобетона большее влияние оказывает кратность пены, чем изменение В/Т отношения. Снижение В/Т до определенного значения приводит к повышению прочности пенобетона, но при переходе через оптимум этого технологического параметра происходит потеря подвижности пенобетонной смеси вплоть до ее разрушения. При использовании этого метода необходима и очень важна согласованность в работе оборудования по подаче сухих компонентов, их равномерное распределение в поризуемой смеси без ее разрушения. Значение коэффициента выхода пенобетонной смеси характеризует согласованность технологического процесса. Этот показатель и значение В/Т отношения смеси определя-

ют ее технологические свойства, которые взаимосвязаны с физикотехническими свойствами пенобетонных изделий или монолитной теплоизоляции. Метод сухой минерализации приготовления смеси при соответствующем аппаратном оформлении позволяет получить пенобетон с высоким значением коэффициента конструктивного качества. Реализовать этот метод приготовления пенобетонной смеси в полной мере и со всеми технологическими преимуществами в производственных условиях технологически сложно в связи с трудностями его аппаратного сопровождения.

При приготовлении пенобетонной смеси методом аэрирования нет необходимости в использовании пеногенератора. Однако, в связи с тем, что все процессы поризации совмещены в одном агрегате (в высокооборотном смесителе), то к нему предъявляется ряд особых технических и технологических требований. К техническим относятся: объем смесителя и соотношение его основных размеров, скорость оборотов вала, динамика потоков смеси при перемешивании. К технологическим факторам: коэффициент загрузки смесителя по объему, время аэрирования, В/Т отношение, количество и вид ПО, начальная и конечная подвижность пенобетонной смеси. Многофакторная взаимосвязь процесса приготовления смеси значительно влияет как на время ее приготовления, так и на свойства пенобетонных изделий.

На плотность пенобетонной смеси основное влияние оказывают:

-объем воды в смеси, что, соответственно, связано с подвижностью поризуемой смеси и объемом образования капиллярных пор;

-вид и количество пенообразователя.

При этом определенное значение имеет последовательность загрузки компонентов в смеситель, продолжительность аэрирования смеси и интенсивность перемешивания, которая должна изменяться при уменьшении плотности смеси. На прочность пенобетона, при прочих равных условиях, наибольшее влияние оказывают:

-плотность пенобетона;

-расход и вид цемента;

-соотношение цемента и кремнеземистого компонента, их дисперсность;

-В/Т отношение смеси;

-вид и концентрация ПО;

-тип и количество вводимой добавки.

Положительной особенностью метода аэрирования является то, что наблюдается частичная активация смеси, получение мелкопорис-

той ячеистой структуры пенобетона, которая взаимосвязана с прочностью пенобетона и коэффициентом поризации.

Во всех рассмотренных методах приготовления пенобетонной смеси есть различия, заключающиеся в технологической возможности использования добавок. Так, при традиционном раздельном методе приготовления пенобетонной смеси наиболее эффективно использование добавок, которые вводят на стадии приготовления растворной части смеси. Это позволяет предварительно и целенаправленно изменять технологические свойства раствора до введения пены. В методе сухой минерализации возможность введения добавок в раствор практическое влияние на технологические свойства минимально. Здесь добавка вводятся непосредственно в раствор ПО, что иногда снижает эффект их технологического действия. Поэтому необходимо соблюдать принцип совместимости добавки и ПО, исключить снижение пенообразующей способности такого раствора, а в последующем влияние ПО на вяжущее. При этом немаловажное значение имеет эффект первоначальной адсорбции ПАВ на вяжущем, что влияет на свойства пенобетонной смеси, а в последующем на прочности пенобетона. Это относится и к методу приготовления смеси аэрированием.

Таким образом, каждый метод приготовления пенобетонной смеси имеет определенные технические и технологические особенности. Проведенный анализ их производственного использования при изготовлении неавтоклавных пенобетонных изделий и устройства монолитной теплоизоляции в строительных условиях на некоторых предприятиях России и Украины выявил ряд повторяющихся технологических ошибок, которые уже изначально сказываются на качестве приготавливаемой смеси. Так, при традиционном методе приготовления пенобетонной смеси практически не используются комплексные добавки, которые позволяют снижать В/Т отношение пенобетонной смеси и повысить скорость твердения пенобетона. Для повышения коэффициента использования пены в растворе используют высокие значения В/Т отношения смеси, что приводит увеличению капиллярной пористости межпоровых перегородок бетона и усадке пенобетонных изделий, снижению прочности. В большинстве случаев при этом методе используются пены с низким значением коэффициента стойкости в поризуемом растворе, что приводит к увеличению ее расхода, разрушению и, соответственно, к снижению скорости набора структурной прочности пенобетонной смесью. Из-за этого происходит осадка поризованной смеси в начальный период твердения пенобетонных изделий.

На некоторых предприятиях подача пенобетонной смеси к месту укладки сопровождается неоднократными перегрузками с высотой падения смеси больше 0,5 м, что приводит к увеличению плотности и расслоению пенобетонной смеси. Для обеспечения необходимой текучести по шлангам используется пенобетонная смесь с высоким значением В/Т (0,6-0,7), что, соответственно, сказывается на свойствах монолитного пенобетона.

При использовании метода сухой минерализации имеется ряд следующих недостатков. Используемые аэродинамические пеногенераторы не обеспечивают стабильности свойств пен, а это приводит к колебанию плотности изготавливаемых пенобетонных изделий. Загрузка сухих компонентов в смеситель производится без предварительного смешивания цемента и кремнеземистого компонента. Неравномерная подача этих компонентов приводит к частичному разрушению пены, которое компенсируют введением дополнительного ее объема. Однородность приготавливаемой пенобетонной смеси не контролируется и не обеспечивается из-за неудовлетворительной работы самого смесителя. Для транспортировки смеси по шлангам используется повышенное давление в нагнетателе, в результате чего при выгрузке происходит разрушение воздушных пузырьков (до 30%).

При использовании метода аэрирования отмечено колебания плотности пенобетонной смеси из-за отсутствия точной дозировки компонентов смеси и контроля ее плотности. Узкий диапазон технологических параметров при приготовлении пенобетонной смеси, многофакторность метода, отклонение от оптимальных технологических параметров приводят к ухудшению качественных характеристик пенобетонной смеси, порой и к браку пенобетонной продукции.

Пенобетонная технология требует точного соблюдения технологического регламента производства, многофакторного учета влияния технологических параметров на свойства смеси и пенобетона. Только при таком подходе можно получить качественный материал. Эта технология требует другого организационного и технологического подхода, так как работа «на глаз», неточное дозирование сырьевых материалов способствует выпуску некачественной продукции, которую уже производят некоторые предприятия, на что и есть обоснованные жалобы строителей. Такая организация производства неавтоклавных пенобетонных изделий или устройства монолитной теплоизоляции в строительных условиях может только дискредитировать идею расширения использования этой технологии в современном строительстве.