Неавтоклавные ячеистые бетоны

Эффективность строительных материалов определяется рядом параметров, которые, в общем случае, могут быть разделены на две основные группы.

К первой группе относятся основные эксплуатационные показатели материала, которые должны отвечать следующим требованиям:

• низкая себестоимость (определяется составом исходных сырьевых компонентов, технологичностью и энергоемкостью производства);
• высокая долговечность (определяется стабильностью физико-механических характеристик конечного продукта);
• экологическая безопасность в процессе эксплуатации (определяется санитарно-гигиеническими характеристиками, как самого материала, так и продуктами его деструкции в процессе эксплуатации).

Ко второй группе параметров, определяющих эффективность строительных материалов, относятся параметры технологического процесса их производства, которые в основном определяют его энергоемкость и существенно зависят от наличия в процессе производства высокоэнергоемких технологических переделов, таких как сушка или тепловлажностная обработка. Безусловно, что в данном случае, эффективность технологического процесса зависит также от его сложности и напрямую определяется количеством полуфабрикатов, которые производятся на различных стадиях реализации технологического процесса.

Одной из особенностей настоящего периода развития строительного производства является резкое ужесточение требований к теплозащитным свойствам ограждающих конструкций при отсутствии разработанных рекомендаций, которые, хотя бы в общих чертах, могли бы определить основные пути достижения вводимых требований. Это предопределило широкое использование многослойных теплоизоляционных систем на основе пенополистирольных и минераловатных плит, долговечность и экологическая безопасность которых является темой широкой дискуссии.

В тоже время Украина располагает развитой промышленной базой производства автоклавных ячеистых бетонов, которые по своим эксплуатационным характеристикам полностью соответствую качественным показателям первой группы, а именно: низкая себестоимость, высокая долговечность и экологическая безопасность. Имеется богатый опыт эксплуатации как мелких стеновых ячеистобетонных блоков, так и крупноразмерных деталей домостроения – стеновых панелей из ячеистого бетона. Однако данная технология характеризуется относительной сложностью и высокой энергоемкостью, что обусловлено наличием в составе технологического процесса таких технологических переделов как помол сырьевых компонентов и автоклавная обработка.

Действующим нормативным документом предусматривается возможность производства неавтоклавных ячеистых бетонов, в состав которых включены ячеистые бетоны, твердеющие как при пропаривании, так в естественных условиях, однако традиционные технологии не позволяют при твердении бетонов в естественных условиях получать готовый продукт полностью соответствующий техническим требованиям.

Целью научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ авторов явилось создание принципиально новой технологии производства ячеистых бетонов естественного твердения на основе портландцемента или шлакощелочного вяжущего.

На основании предложенных авторами технологических решений был предложен способ производства ячеистых бетонов естественного твердения, основные физико-механические характеристики которых, в случае использования портландцемента, приведены в таблице 1.

Таблица 1

Приведенные данные показывают, что уже в возрасте 3 суток прочность ячеистого бетона, изготовленного в соответствии с разработанной технологией, превышает значения, регламентируемые нормативным документом. Представленные бетоны, в отличие от ячеистых бетонов автоклавного твердения, характеризуются постоянным ростом прочности.

Предложенный способ производства ячеистых бетонов естественного твердения на основе портландцемента был успешно реализован в условиях промышленного производства. В качестве базового состава для производственных условий был принят ячеистый бетон Д700. Себестоимость сырьевых компонентов на 1 м3 ячеистого бетона на момент постановки продукции на производство составила 200 гривен. По результатам испытаний, которые были выполнены отделом испытания строительных материалов ОАО ПТИ «Киеворгстрой» и отделом строительной физики и ресурсосбережения НИИСК Минстроя Украины, установлены следующие эксплуатационные характеристики ячеистых бетонов промышленного производства:

• средняя плотность – 648 – 676 кг/м3;
• прочность при сжатии – 42,7 – 45,8 кг/см2;
• сорбционная влажность при относительной влажности воздуха 40% - 2,68 масс. %;
• сорбционная влажность при относительной влажности воздуха 80% - 2,79 масс. %;
• сорбционная влажность при относительной влажности воздуха 90% - 5,83 масс. %;
• сорбционная влажность при относительной влажности воздуха 97% - 11,30 масс. %;
• потеря прочности после 50 циклов замораживания и оттаивания – 6,0 %;
• потеря массы после 50 циклов замораживания и оттаивания – 1,2 масс. %;
• коэффициент паропроницаемости – 0,23 мг/(м ч Па);
• теплопроводность ячеистого бетона средней плотности 670 кг/м3 в стандартных условиях - 0,18 Вт/(м К), в расчетных условиях эксплуатации А – 0,21 Вт/(м К), в расчетных условиях эксплуатации Б - 0,23 Вт/(м К).

На основании результатов выполненных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ разработаны и утверждены в установленном порядке технические условия Украины «Бетоны ячеистые естественного твердения».

В случае использования в качестве вяжущего портландцемента, технология включает следующие технологические переделы, которые и определяют основные энергетические затраты:

• приемка и складирование сырьевых компонентов;
• дозирование, приготовление, укладка и вибрирование смеси;
• вспучивание массива;
• срезка горбушки и резка массива;
• выдерживание изделий в камере вызревания;
• складирование готовой продукции.

Время созревание массива, которое в данном случае определяется временем набора распалубочной прочности, достаточной для срезки горбушки, снятия бортов и резки массива, составляет 2 часа.

Высокие физико-механические характеристики ячеистых бетонов, изготовленных по разработанной технологии, позволили производителю организовать производство стеновых ячеистобетонных панелей размером 3300?1500?500 мм, которые были использованы при возведении жилых малоэтажных зданий.

В случае использования шлакощелочного вяжущего реализация предлагаемого способа производства ячеистого бетона позволяет получить бетоны с характеристиками, приведенными в таблице 2.
Таблица 2

Приведенные данные показывают, что после семи суток нормального твердения прочность ячеистого бетона на основе шлакощелочного вяжущего превышает значения, регламентируемые нормативным документом. С увеличением времени твердения прочность, так же как и в случае использования портландцемента увеличивается. Увеличение физико-механических характеристик ячеистого бетона на основе шлакощелочного вяжущего (образцы со средней плотности 590 кг/м3) достигается за счет незначительного усовершенствования разработанной технологии.

На основании представленных данных можно сделать следующие выводы:

1. Разработанная технология производства ячеистых бетонов естественного твердения позволяет организовать эффективное низкоэнергоемкое производство, в котором отсутствуют традиционные для ячеистых бетонов технологические переделы помола сырьевых компонентов и тепловлажностной обработки готовых изделий.
2. Физико-механические и теплофизические характеристики бетонов, изготавливаемых по разработанной технологии, соответствуют требованиям действующих нормативных документов, при этом ячеистые бетоны характеризуются ростом прочности со временем в отличие от ячеистых бетонов автоклавного твердения и пенобетонов.
3. Физико-механические характеристики ячеистых бетонов естественного твердения позволяют изготавливать на их основе крупноразмерные стеновые элементы, использование которых позволяет существенно повысить конструктивную и теплотехническую однородность ограждающих конструкций.
4. Организация производства бетонов на основе шлакощелочного вяжущего позволит повысить физико-механические характеристики ячеистых бетонов и эффективность технологии и снизит зависимость экономических характеристик производства от роста цен на портландцемент.