Технологические принципы получения пенобетонов

Пенобетон является разновидностью ячеистых бетонов, поризация тела которых обеспечивается за счёт введения в состав устойчивой пены. В результате получается искусственный камень с равномерно распределёнными закрытыми порами, снижающими объёмный вес материала, и обеспечивающими ему высокую сопротивляемость теплопередаче. Рассмотрим, какие технологические принципы получения пенобетонов используются сегодня.

Схемы производства пенобетона и их различия

Кроме отменных теплоизоляционных характеристик, пенобетон в жидком состоянии обладает высокой текучестью, что позволяет не только изготавливать из него изделия в заводских условиях, но и выполнять бетонирование непосредственно на объекте. Его используют в монолитном строительстве, хоть с развитием производства автоклавного газобетона, эта технология возведения несущих стен несколько и утратила актуальность.

Однако для утепления полов и чердаков это вариант идеальный, да и стены, залитые в опалубку из пенополистирола, получаются очень тёплые и не продуваемые. Существует немало нюансов, которые необходимо учитывать в приготовлении смеси, ведь пена — довольно капризная штука. Теоретически пенобетон может производиться в домашних условиях, но до заводского качества ему, конечно, далеко. Прочитав статью до конца, вы поймёте, чем обусловлена разница.

Примечание: Из-за шквала кустарного производства конца девяностых-начала нулевых годов, большинство официальных производителей стеновых ячеистобетонных изделий отказались от изготовления конструкционного пенобетона в пользу газосиликата. У разливаемых в гаражах и под уличными навесами пеноблоков было слишком много нареканий, и никому не хотелось доказывать, что к их продукции, даже автоклавного твердения, они отношения не имеют.

Согласно действующим стандартам пенобетон бывает автоклавный и неавтоклавный. Однако фактически по ГОСТ 31359, регламентирующему производство автоклавных ячеистых бетонов, сегодня изготавливают только газобетон. Все пеноблоки, что мы видим в продаже, неавтоклавные, поэтому говорить будем о технологиях, основанных на гидратационном твердении.

Базовая смесь для производства пенобетона

Весь производственный процесс пенобетона делится на три этапа:

1. подготовка сухих компонентов для рабочей смеси из цемента и песка;
2. подготовка пенообразователя;
3. получение готовой смеси.

Пропорции ингредиентов смеси составляются в зависимости от того, какую марку плотности бетона требуется получить. Это касается не только цемента, песка и водотвёрдого соотношения, но и веса пеноконцентрата (либо литража пены). Чем выше должна быть плотность бетона, тем меньше в его массе должно быть воздуха — а соответственно, количество пены уменьшается.

Сухие компоненты, для пенобетона используют такие же, как для обычного бетона, нет только крупного наполнителя. Портландцемент берут марки М400 или М500, песок крупностью зерна не более 2 мм (количество примесей в нём регулируется стандартом). Вода применяется водопроводная, так как для качественного бетона важно минимальное содержание щелочей и кислот.

Пенообразователь и его отличительные свойства

Наибольшее внимание в приготовлении смеси уделяется пенообразователю, ведь именно от него зависят конечные свойства пенобетона. Причём важно не только качество и срок годности концентрата, но и цена, ведь удорожание продукции чревато потерей продукцией рыночной конкурентоспособности.

Есть пенообразователи со сроком годности менее одного года. Для массового производителя это крайне неудобно, вынуждает постоянно искать и докупать требуемые партии, вместо того, чтобы сделать запас. К тому же, в зимнее время объёмы строительных работ резко снижаются, и оставшийся на складе продукт может испортиться до наступления нового сезона.

По виду используемого сырья пенообразователи делят на две группы: синтетические и органические (белковые, протеиновые).

Синтетика

Синтетические концентраты по аналогии с жидкими моющими средствами производят на основе поверхностно-активных веществ (ПАВ), именно за счёт них и образуется пена. Они имеют самую невысокую цену и наибольшие сроки хранения, ничем не пахнут, а так же могут замораживаться или нагреваться до +60 градусов без последствий для качества. По этой причине для зимнего бетонирования используют только пенообразователи на синтетической основе.

Есть у таких веществ и иные преимущества. Например, они легко вспениваются, и могут применяться без пеногенератора. Оборудование это дорогое, им может пользоваться только подготовленный специалист, а значит, производство пеноблоков в домашних условиях может осуществляться только на синтетической пене.

Органика

Органический пенообразователь – это продукт на основе отходов скотобоен и мясоперерабатывающей промышленности. В производство белковой пены идёт кровяной белок животных. В основе протеинового пенообразователя в прямом смысле рога и копыта, а так же шерсть, перья и рыбья чешуя.

• Здесь качество конечной продукции сильнее зависит от качества сырья, так как оно, как и любая органика, отличается нестабильностью. Белок не может долго храниться, а его спутником при истечении срока годности является неприятный тухлый запах.
• Животное сырьё более дорогое, чем синтетическое, плохо переносит перепады температур, при нагревании сворачивается. Оно так же труднее вспенивается, поэтому органические концентраты применяются в основном в технологиях с применением пеногенератора.
• Вопрос напрашивается сам собой: а зачем тогда их вообще используют — эти протеиновые пенообразователи? Дело в том, что на такой пене можно получить бетон с более высокой прочностью при меньшем расходе цемента, поэтому и пеноблоки, изготовленные на органической пене, стоят дороже.

Обратите внимание: Дабы найти золотую середину, была создана добавка на протеиновой основе (Экопротеин), которой как полимерным пластификатором можно модифицировать пенобетон на синтетической пене. Такая добавка позволяет снизить водоцементное соотношение, что повышает прочность и водоудерживающую способность бетона. Она так же уменьшает расслаиваемость смеси при перекачке, и снижает усадку, из-за которой любом бетоне из-за потери влаги образуются трещины.

Подготовка пены

Очень важной характеристикой пенообразователя является его расход на 1 м3 раствора. В идеале, он не должен превышать 1,5 л, и дело не только в удорожании — пена вообще не очень хорошо действует на цемент. Она замедляет процесс твердения, снижает прочность камня, уменьшает объём готовой смеси, получаемой за один замес – поэтому, чем меньше пены, тем лучше.

От качества пенообразователя тоже зависит многое, и определяется оно в основном стойкостью (кратностью) пены. Коэффициент стойкости определяется в лаборатории и указывается в паспорте продукции. Чем выше цифра, тем меньше пены потребуется для изготовления бетона заданной плотности. Добавляется пенообразователь в раствор цемента и песка. Если это концентрат, то предварительно разводится водой до регламентированной производителем консистенции.

Какое оборудование применяют для производства пенобетона

По виду используемого оборудования, производство пенобетона принято разделять на две технологии:

• С применением пеногенератора. Схема считается классической, так как появилась первой. При её использовании смесь приготавливают в смесителе с принудительным приводом, который за счёт энергичного перемешивания провоцирует образование пены. Применяется в основном для работы с органическими пенообразователями.

• С применением баросмесителя. Это установка кавитационного типа, отличается тем, что в его ёмкости создаётся избыточное давление за счёт сжатого воздуха. Он насыщает смесь с уже добавленным пенообразователем, за счёт чего и начинает увеличиваться объём.

Есть и иные технологии производства пенобетона, но широкого применения они не получили, поэтому упоминаться не будут.

Регулирование свойств смеси для пенобетона

О том, что пена замедляет твердение бетона, уже было сказано. Если обычный бетон при естественном твердении и температуре +20 градусов набирает 100% за 28 дней, то пенобетон при таких же условиях наберёт едва ли половину марочной прочности. Добирать остальную прочность ему понадобится целых полгода: производителю это невыгодно, поэтому ускорение твердения бетона за счёт создания определённых условий является необходимым.

Факторами, помогающими неавтоклавному пенобетону скорее набрать прочность, являются:

• применение быстротвердеющего цемента;
• применение добавок-ускорителей твердения;
• применение пропарочных камер с подогревом.

Отформованные изделия должны быть ограждены от перепадов температуры, встряски, прямого воздействия солнечных лучей и ветра, вызывающих слишком быструю потерю влаги. В отличие от автоклавов, где при высоком давлении в 1,2 МПа создаётся большая температура (+190), в пропарочных камерах температура всего лишь на 20-25 градусов выше цеховой.

Примечание: Для более эффективного прогрева в состав пенобетона вводится добавка в виде тонкоизмельчённого металлургического шлака, благодаря которой за время обработки изделий бетон может достигнуть стопроцентной прочности. В таком случае температура в камере может повышаться до 95% при влажности 85%. Это позволяет сразу пускать блоки в продажу — ведь отпускная прочность бетонных изделий по ГОСТ составляет не менее 70%.

Весь цикл термообработки обработки состоит из таких этапов:

1. температура постепенно повышается до оптимальной;
2. изделия прогреваются при максимальной температуре;
3. нагрев ослабевает, и блоки постепенно остывают.

Продолжительность обработки зависит от конкретного температурно-влажностного режима, и в среднем составляет 3-5 часов. В тёплое время года, когда температура окружающей среды не опускается ниже +10 градусов, цикл теплообработки может сокращаться, с условием дальнейшего набора прочности изделиями на складе.

Понятно, что пропаривание доступно только в заводских условиях. При изготовлении пенобетона на стройплощадках для монолитного бетонирования, скорость твердения регулируется в основном за счёт добавок. Самой простой и недорогой из них является хлористый кальций, он добавляется в смесь в количестве 1-2% от общего объёма вяжущего вещества.

Однако есть проблема: хлористый кальций вступает с пенообразователем в реакцию, тормозит процесс порообразования, и может послужить причиной значительной усадки бетона. Сегодня имеются и более эффективные регуляторы, созданные специально для пенобетона, позволяющие ускорить процесс твердения втрое даже без пропарки в камерах.

Что именно использовать для ускорения твердения бетона, руководство предприятия, выпускающего пеноблоки, решает в зависимости от технических возможностей. Главная цель – получить материал с хорошо развитой структурой пор, а так же с прочностью, соответствующей заданной плотности по стандарту. Плотность в процессе твердения контролируется: если необходимо, она может корректироваться, что для условий небольших предприятий или строительного объекта просто незаменимое качество.

Как разливают пенобетон — заключение

Добившись нужного качества смеси, приступают непосредственно к её заливке. Если это монолитная конструкция, её льют в гидроизолированную съёмную, либо неснимаемую опалубку. Если изготавливают сборные изделия, смесь заливают в смазанные формы или кассеты, ячейки которых задают размер блоку. При небольшом объёме производства, либо изготовлении пеноблоков лишь для одного конкретного объекта, обычно используется именно этот способ формования.

• Если в цеху имеется резательное оборудование, заливку смеси производят в укрупнённые опалубочные формы. По достижении определённой прочности бетона, с большого массива срезают горбушку, и, сняв борта формы, отправляют на резку в размер. Разрезание производится в двух направлениях тонкими зубчатыми полотнами, что обеспечивает получающимся блокам наиболее точные геометрические параметры.

• В некоторых случаях изготовитель за неимением резательного оборудования всё равно разливает пенобетон в массивы, а потом подвергает ручной резке ленточными пилами. Однако человек не автомат, и не способен так точно контролировать размеры. Раскроенные данным способом изделия имеют менее презентабельный вид, и отклонений в размерах у них больше.
• Цена у таких изделий выше из-за большого количества отходов, а геометрия оставляет желать лучшего, так что при выборе блоков обращайте внимание на их внешний вид. Дело тут вовсе не в эстетике кладки, хотя и это может быть важным, когда дом эксплуатируется без отделки.
• Отклонения от номинальных размеров утолщают кладочные швы, что ведёт к перерасходу клея или вовсе невозможности его применения. Ну а при монтаже блоков на раствор, в местах швов образуются мостики холода, что ухудшает теплотехническую однородность стен, сводит на нет все преимущества кладочного материала с низкой теплопроводностью.

Так что первым критерием оценки качества пеноблоков является именно их внешний вид. У изделий первой категории отклонения в размерах не должны превышать 1-2 мм при кладке на клею, и 3-4 мм при кладке на растворе. Это касается не только длины, высоты и ширины блока, но и разницы длин диагоналей, искривления рёбер и граней.