CC BY
84
№
УДК 666.973.6
Н.М. Красиникова - доцент
В.Г. Хозин - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии строительных материалов, изделий и конструкций Казанский государственный архитектурно-строительный университет (КазГАСУ)
НОВЫЙ СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПЕНОБЕТОНА
АННОТАЦИЯ
Описывается новый способ приготовления пенобетона, включающий предварительную комплексную механоактивацию смеси, состоящую: из портландцемента, жидкого концентрата пенообразователя и водопонижающего реагента, с последующим затворением сухой смеси водой и смешением в скоростном смесителе.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: Технология, сухая механоактивированная смесь, неавтоклавный пенобетон, прочность. N.M. Krasinikova - associate professor
V.G. Khozin - doctor of technical sciences, professor, head of Technologies of the Building Materials, Product and Designs department Kazan State University of Architecture and Engineering (KSUAE)
A NEW METHOD OF A FOAMED CONCRETE PREPARATION
ABSTRACT
A new method of a foamed concrete preparation is described. It includes the preliminary complex foamactivation of mixture consisting of portland cement, liquid concentrate of foam-producing agent, and water-reducing reagent followed by compositing in a speed mixer.
KEYWORDS: Technology, mechanically activated mixture, non-autoclave foamed concrete, hardness, contraction.
В связи с интенсивным развитием отечественного строительного комплекса, направленным на реализацию федеральных программ «Жилище», «Энергосбережение», Национального проекта «Доступное и комфортное жилье - гражданам России», и планами увеличения к 2010 году в 2 раза темпов жилищного строительства резко возросла потребность в эффективных утеплителях, которые отвечают требованиям СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Нормативы по теплозащите зданий приближают термическое сопротивление ограждающих конструкций зданий в РФ к нормам Евросоюза (БпЕУ-2000) [2]. Актуальной стала проблема разработки и использования эффективных теплоизоляционных материалов (ТИМ), отвечающих современным установленным требованиям качества. Реализация национального проекта «Доступное и комфортное жилье - гражданам России» наталкивается на ряд тормозящих факторов, в том числе на дефицит качественных строительных материалов и конструкций [1]. Упомянутым проектом предусматривается доведение ежегодных объемов жилищного строительства к 2010 г. до 80 млн. м2 . Учитывая, что в 2004 г. было построено около 41 млн м2, в 2005 г. - 43,6, а в 2006 г. - 50,2 млн м2,
2007 г. - 75,9 млн м2, 2008 г. - 81,8 млн м2 [5], становится совершенно очевидным, что выполнение такой программы потребует изготовления огромного объема ограждающих конструкций, в том числе для стен и крыш жилых зданий. Среди наиболее эффективных для этих целей материалов, специалисты, как отечественные, так и зарубежные, выделяют ячеистые бетоны.
Варианты технологических схем приготовления пенобетонной смеси, получивших широкое применение в нашей стране, следующие:
- классический (двухстадийный), при котором раздельно готовят водную пену и водное цементное тесто (или цементно-песчаный раствор), а затем их смешивают в механическом смесителе;
- метод сухой минерализации пены [3];
- метод баротехнологии [4].
Анализ данных технологий производства пенобетона свидетельствует о том, что каждая из них имеет свои достоинства и недостатки, отражающиеся на технических свойствах получаемого пенобетона и его себестоимости. В таблице 1 отражены основные «плюсы и минусы» этих технологий.
Таблица 1
Основные различия в технологиях приготовления пенобетона
Способ получения Достоинства технологии Недостатки и их причина
Традиционный метод 1) Наиболее отработанный и надежный; 2) Параметры пенобетона регулируются соотношением между пеной и раствором в составе пеномассы. 1) В процессе перемешивания частично происходит разрушение структуры пеномассы. Это зависит от: - длительности перемешивания -при долгом перемешивании можно разрушить всю пену и не получить поризованной пено-массы; - скорости перемешивания; - характера циркуляции смешиваемой пеномассы в смесителе и формы смесительных лопаток; - тиксотропных характеристик смеси: подвижности, вязкости, пластической прочности и т. д.; - от стойкости исходной пены (зависит от типа пеногенератора).
Метод «сухой минерализации» 1) Такой метод пригоден для непрерывной технологии производства пенобетона; 2) Образуется устойчивая пенобетонная смесь с малым количеством свободной воды; 3) Управлять эксплуатационными характеристиками пенобетона можно за счет изменения кратности пены. 1) Необходимо точное и равноскоростное дозирование сухих компонентов и их равномерное распределение в поризуемой смеси без ее разрушения.
Баротехнология 1) Отсутствует такой сложный технологический передел, как пеногенерация и, соответственно, пеногенератор; 2) Возможность получения сверхлегкого пенобетона (менее 300 кг/м3); 3) Обжатие пены и пеносмеси вызывает искусственное снижение их кратности; 4) С повышением степени обжатия улучшаются технологические свойства смеси - при повышении давления пузырьки сжимаются пропорционально величине избыточного давления. В сжатом состоянии пузырьки упрочняются. Сырьевая смесь по выходу из растворопровода «расширяется» из-за перепада давления; 5) Возможность транспортирования на большие расстояния и по горизонтали, и по вертикали. 1) Многофакторная взаимосвязь параметров процесса; 2) Необходимость жесткого соблюдения последовательности загрузки компонентов в смеситель, продолжительности и интенсивности перемешивания.
Все перечисленные технологии отличаются нестабильностью получаемой ячеистой структуры и поэтому — свойств материала, поскольку пенобетонная смесь чрезвычайно чувствительна к минералогическому и вещественному составу вяжущего и наполнителей, с одной стороны, и добавок— с другой. Другим недостатком является повышенная влажность пенобетона, ввиду высоких значений исходного В/Т, и вследствие этого усадка при длительном твердении (в основном влажностная).
Мониторинг качества, проводимый Службой государственного строительного надзора и экспертизы по г. Санкт-Петербургу (ведущий регион по производству пенобетона), выявил следующие технологические причины брака (разброс показателей по плотности, прочности и несоответствие НТД, большая усадка пенобетонных изделий) [6]:
- нестабильность производственной технологии (не оптимальна или не налажена, некоторые необходимые технологические операции не проводятся);
- работниками предприятий не соблюдаются правила выполнения технологических операций;
- качество применяемых материалов имеет недопустимые отклонения;
- не осуществляется адекватная корректировка составов пенобетона при изменении качества материалов.
Обобщая технические недостатки производства пенобетона, можно сделать следующий вывод: для получения пенобетона стабильного качества необходим комплекс технологических мероприятий, которые позволят получить пенобетон с высокой прочностью, меньшей теплопроводностью, повышенной морозостойкостью и малой усадкой.
Решение поставленной задачи авторы видят в идеологии современного производства строительных материалов и работ с помощью сухих смесей. Неоспоримым преимуществом изготовления и применения сухих смесей является высокая точность дозирования, степень гомогенизации их компонентов и, следовательно, стабильность технологических и эксплуатационно-технических свойств строительного материала. Необходимо отметить, что все исходные компоненты смеси в этом случае должны быть сухими, а для производства же пенобетона в основном применяются концентрированные водные растворы пенообразователей.
Нами разработана технология изготовления механоактивированных сухих смесей для получения неавтоклавного пенобетона, лишенного присущих ему недостатков и близкого по свойствам к автоклавному газобетону. Технология и ее аппаратурное оформление достаточно просты, мало энерго- и металлоемки. Состав сухих смесей включает все известные компоненты, в том числе жидкие пенообразователи, переходящие в процессе получения СС в сухое
состояние (патент РФ №2 2342347, дата приоритета от 18.01.2007).
Способ заключается в совместной механоактивации составляющих сухой смеси (портландцемента, концентрированного раствора пенообразователя и водопонижающего реагента), что созвучно с технологией производства цементов низкой водопотребности (ЦНВ). Важно отметить, что количество воды, сорбируемой сухой смесью из пенообразователя, составляет 1,3 % от общей массы смеси и не превышает 3 %, допустимых при приготовлении ЦНВ [8]. Одним из путей улучшения свойств пенобетона, приготовляемого по традиционным схемам, также является
предварительная механическая активация цемента, без изменения принятой технологии приготовления пенобетона [7, 9]. Технология производства неавтоклавного пенобетона традиционным методом с использованием цемента низкой водопотребности была изучена Б.Э. Юдовичем [10], авторы, кроме положительной стороны этого метода - значительного повышения прочностных показателей и морозостойкости, также указывают на необходимость частой чистки смесителей от «наростов» пенобетона, что снижает производительность и качество пенобетонной смеси.
В данной работе в качестве исходных материалов использованы промышленно выпускаемые химические продукты и материалы: синтетические пенообразователи на основе нефтяных сульфокислот ПБ-2000 (ТУ 2481-185-05744685) и ПО-6 ЦТ (ТУ 0258148-05744685-95) производства «Ивхимпром», белковый пенообразователь «Адимент» производства Германии, портландцемент ПЦ 500 Д0-Н Вольского цементного завода (С3А = 4,6 %), водопонижающий реагент - порошкообразный суперпластификатор С-3.
Для оптимизации технологии неавтоклавного пенобетона из сухой механоактивированной смеси было изучено:
- влияние пенообразователей на сроки схватывания цементного теста (метод оценки по ГОСТ 310.1-310.2). На основании этого были выбраны пенообразователи синтетический ПБ -2000 и белковый «Адимент» с наименьшими сроками схватывания цементного теста и максимальным водоредуцирующим эффектом, дальнейшее применение которых позволит снизить тормозящее действие пенообразователей на структурообразование цементного камня, обусловленное блокированием активных центров цементных зерен молекулами ПАВ;
- влияние химических добавок на свойства пены различной природы;
- размолоспособность портландцемента с водопонижающим реагентом в трех видах лабораторных мельниц, отличающихся способом измельчения: шаровой с истирающим и ударногравитационным измельчением, вибрационно-
Время, мин
» пц —а— ПЦ с С-3
Рис. 1. Размолоспособность портландцемента с суперпластификатором С-3 в пружинной мельнице
,ПЦ —А—ПЦ с С-3 Время, час
Рис. 2. Размолоспособность портландцемента с суперпластификатором С-3 в шаровой мельнице
• ПЦ А ПЦ с С-3 Время, час
Рис. 3. Размолоспособность портландцемента с суперпластификатором С-3 в вибрационно - шаровой мельнице Известия КазГАСУ, 2009, №1 (11)_______________________________________________________________________________269
ш
Удельная поверхность, см2/г
/
♦ адимент - -ПБ-2000 Время, час
Рис. 4. Размолоспособность портландцемента с пенообразователями в вибрационно-шаровой мельнице
Время, час
■ПЦ с С-3 и ПО-6
■ ПЦ с С-3 и ПБ-2000
Рис.5. Размолоспособность портландцемента с суперпластификатором и пенообразователями
в вибрационно-шаровой мельнице
Рис. 6. Поровая структура пенобетона Б 400, полученного из сухой смеси
шаровой с истирающим и ударно-вибрационным измельчением, пружинной с истирающим и раскалывающе-сдавливающим измельчением. Критерием размолоспособности явились степень измельчения портландцемента с водопонижающим реагентом и обеспечение высокой удельной поверхности, которая определяет активность портландцемента при твердении.
Как видно из графиков размолоспособности (рис. 1-3), измельчение портландцемента в присутствии С-3 в вибрационно-шаровой и шаровой мельницах значительно усиливается (за 8 часов в 1,37 и 1,1 раза, соответственно), в отличие от измельчения в пружинной мельнице, где несмотря на быструю размолоспособность, наблюдается обратная зависимость (за 5 мин уменьшилась в 1,14 раза). Из сравнения интенсивности размолоспособности портландцемента с С-3 в шаровой (Б = 4250 см2/г) и вибрационно-шаровой мельницах (£> = 6230 см2/г) видно, что наибольшая удельная поверхность достигается для последней. Поэтому для оценки влияния пенообразователя на размолоспособность портландцемента с суперпластификатором С-3 и без него далее использовали вибрационно-шаровую мельницу. Результаты приведены на рис. 4 и 5.
Из рис. 4 видно, что с добавлением
пенообразователя (Адимент или ПБ-2000) размолоспособность портландцемента существенно усиливается. Такая же удельная поверхность, как и у портландцемента с С-3 (Б = 6230 см2/г), обеспечивается при добавлении к портландцементу пенообразователя
Адимент или ПБ-2000 за более короткий промежуток времени (соответственно, за 2 и 2,5 часа).
Из рис. 5 видно, что с добавлением С-3 к портландцементу с пенообразователем (Адимент или ПБ-2000) размолоспособность несколько снижается: для портландцемента с Адимент — на 11 %, а с ПБ-2000 — на 7 %.
Поровая структура полученного пенобетона из сухой смеси, состоящей из портландцемента, пенообразователя ПБ-2000 и водопонижающего реагента, приведена на рисунке 6.
Свойства пенобетона из сухой смеси представлены в таблице 2.
Выводы:
1. Предложенный новый способ приготовления пенобетона позволяет избежать недостатки, присущие пенобетонам, изготовленным по традиционным схемам производства, а именно нестабильность показателей основных технических свойств.
2. Полученный пенобетон плотностью Б400 из сухой смеси по своим прочностным характеристикам близок к газобетонам.
3. Полученный пенобетон плотностью Б400 из сухой смеси имеет усадку менее 3 мм/м, что значительно меньше, чем у пенобетонов по другим технологиям.
Авторы выражают благодарность старшему преподавателю кафедры ТСМиК Хохрякову О.В. за помощь в проведении исследования размолоспособности.
Таблица 2
Свойства пенобетонов различной технологии приготовления
Технология Свойства пенобетона
Плотность, кг/м3 Прочность на сжатие, МПа Морозостойкость, цикл Теплопроводность, Вт/м* К ККК
Из сухой механо-активированной смеси 440 1,76 35 0,08 0,4
Классическая 1 400 1,24 35 0,09 0,31
Метод сухой минерализации 2 360 0,76 не приведена 0,09 0,21
Баротехнология 3 400 1,2 25 0,1 0,3
Газобетон „ 4 автоклавный 400 2,0 25 0,095 0,5
1 — данные РУП «Волковысский завод КСОМ» (г. Волковыск, Белорусь); 2 — из автореферата Аникановой Т.В. Теплоизоляционные пенобетоны с ускоренным схватыванием (г. Белгород); 3 — данные ООО «Строй-Бетон» (г. Санкт-Петербург); 4 — данные ОАО «ЗЯБ» (г. Набережные Челны).
Литература
1. Трамбовецкий В. П. Ячеистый бетон в современном строительстве // Технология бетонов, 2007, № 2. - С. 30-33.
2. Матросов Ю. А. Законодательство и стандартизация Европейского Союза по энергоэффективности зданий // www.abok.ru. - С. 1-4.
3. Меркин А.П. Научные и практические основы улучшения структуры и свойств поризованных бетонов // Автореф. докт. дисс. - М., 1972. - 44 с.
4. Ружинский С., Портик А., Савиных А. Все о пенобетоне.
- СПб.: ООО «Стройбетон», 2006. - 630 с.
5. Николаев И. Директор департамента стратегического анализа ФБК: темпы жилищного строительства // www.rosfincom.ru.
6. Коноплев С.Н. Некоторые вопросы качества пенобетона // Популярное бетоноведение, №9 2006, №9 2.
7. Черных В. Т. Активация сырьевых смесей дает хороший результат при производстве неавтоклавного пенобетона // Ячеистые бетоны в строительстве. — СПб.: ООО «Строй- Бетон», 2008.
— С. 283-286.
8. Батраков В. Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1998. — 768 с.
9. Черных В.Т., Удодов С. А., Шестакова Е.В. Проблемы производства и эксплуатации неавтоклавного пенобетона // Ячеистые бетоны в строительстве.
— СПб.: ООО «Строй- Бетон», 2008. — С. 198-203.
10. Юдович Б.Э., Зубехин С.А. Субмикрокристаллический пенобетон: новое в основах технологии // Цемент и его применение, 2009, №»1. — С. 81-85.
