Пенобетон. Проблемы развития

   Однако выигрышное положение ячеистых бетонов не всегда может быть реализовано на практике, особенно когда речь идет о пенобетонах, которые, следуя рекламе, могут изготавливаться из чего угодно (без подготовки сырья), где угодно (в цехе, на стройке, в поле) без какой-либо тепловой обработки (неавтоклавный, естественного твердения и т.д.).
   В связи с этим хотелось бы рассмотреть ряд проблем, связанных с производством и применением той группы поризованных бетонов, которые на рынке строительных материалов проходят как пенобетоны. Исходя из названия, пенобетон представляет собой материал на основе цементного вяжущего и ПАВ, возможно применение заполнителя в виде кварцевого песка или других тонкодисперсных компонентов – золы, молотого шлака, стеклобоя и др.
   В отличие от газосиликата, где в качестве вяжущего применяют известь, в настоящее время пеносиликат не выпускается из-за длительных сроков схватывания вяжущего или необходимости установки дорогого и энергоемкого автоклавного оборудования. Имеется успешный опыт применения гипсового вяжущего при выпуске пеногипсовых перегородочных плит и блоков марки Д400–Д500.
   Расход вяжущего в производстве пенобетона напрямую связан с плотностью изделий. Так, при выпуске изделий плотностью до 400 кг/м3 матрица пенобетона полностью состоит из продуктов гидратации цемента. Применение заполнителей в виде немолотого кварцевого песка в этом случае практически исключено из-за низкой несущей способности пеномассы, приводящей к расслоению изделий по высоте. Так, фирма Neopor рекомендует вводить рядовой песок в состав пенобетонной смеси при плотности изделий Д600 и выше.
   Производство пенобетонов низких плотностей (Д500) связано, прежде всего, с проблемой низкой прочности на начальной стадии. Через 3 суток нормального твердения прочность пенобетона марки Д400 не превышает 0,3-0,5 МПа, что затрудняет распалубку и транспортировку изделий, а увеличение времени выдержки изделий в формах дополнительно снижает их и так низкую оборачиваемость. Реальным путем повышения начальной прочности пенобетона является организация тепловой обработки – пропаривания.
   Серьезные трудности при производстве пенобетонов низкой плотности представляют усадки, которые для марки Д400 составляют 5–8 мм/м. Значительные усадки, как правило, связаны с ограниченным содержанием воды затворения (не более 150 л/м3), развитой удельной поверхностью вяжущего и длительностью набора прочности. Нередко значительные усадки приводят к появлению трещин. Поэтому получение качественных пенобетонов низкой плотности представляет значительные трудности, требующие тщательного подбора сырьевых компонентов и выдерживания технологических параметров. В этом случае такие показатели как коэффициент теплопроводности l<0,1 Вт/(м0С) являются величиной более привлекательной, чем реально достижимой с учетом требований по прочности.

   Пенобетон средней плотности Д500, Д600 допускает применение в своем составе рядового песка до 200 кг/м3 при расходе цемента 300–320 кг/м3. Однако опыт работы показывает, что песок, предназначенный для изготовления пенобетона, должен быть предварительно подготовлен – не содержать вредных примесей, промыт и высушен, иметь модуль крупности не более 1,5, а крупные фракции более 2,5 мм отсеяны. В этом случае пенобетон имеет прочностные показатели в 1,5–2 раза выше, чем пенобетон на песке, не прошедшем соответствующую подготовку. Это часто и является камнем преткновения там, где отсутствуют контроль и подготовка сырья.
   Большое значение в производстве пенобетона имеет вид, расход и подготовка поверхностно-активных веществ (ПАВ). ПАВ снижают поверхностное натяжение воды затворения или раствора вяжущего, обеспечивают получение и структурирование пены, способствуют воздухововлечения при получении поризованных масс высокой плотности (Д900 и более). Увеличение промышленного выпуска низкомолекулярных ПАВ и их модификаций, в том числе отходов различных производств, позволило обеспечить широкий выбор пенообразователей в различных регионах. На первый план встал вопрос правильного выбора ПАВ и определение его расхода. В этом случае для получения высоких показателей пенобетона необходимо:
   * подбирать ПАВ с учетом рН-среды создаваемой раствором вяжущего вещества;
   * расход ПАВ (особенно для бетонов низких плотностей) вести с учетом критической концентрации мицеллообразования (ККМ) – минимальный расход ПАВ для получения устойчивой пены;
   * проверять устойчивость пены и действие ПАВ с учетом рН среды, создаваемой раствором вяжущего вещества;
   * регулировать водопотребность массы путем изменения кратности пены с учетом ее структурных особенностей – размера ячеек, моно- или поличастотного характера их распределения и других показателей пены.
   Обладая достаточно высокими показателями по прочности Rсж=1,5–3,5 МПа пенобетоны Д500–Д800 могут обеспечить термическое сопротивление 3,1 м•К/Вт только при толщине стены не менее 600 мм, что не всегда является приемлемым. Следовательно, пенобетон средней плотности эффективно может быть применен только в сочетании с теплоизоляционными материалами.
   Материалы со средней плотностью более 900 кг/м3 могут быть отнесены к пенобетонам только условно. При расходе цемента свыше 500 кг/м3 структура пенобетона уплотняется, повышаются прочностные показатели, теплопроводность составляет 0,3–0,4 Вт/(м0С) и выше, большие затраты на материалы значительно повышают стоимость продукции.
   Качество пенобетона в большой мере зависит не только от вида и расхода исходных компонентов, но и от способа их переработки. В настоящее время существует большой выбор технологических решений в производстве пенобетона, в том числе:
   * традиционная технология, основанная на перемешивании исходного раствора с пеной заданной кратности (ВНИИСтром, АО Содружество, Neopor);
   * баротехнология, связанная с приготовлением пеномассы под давлением (Строминноцентр);
   * технология, предусматривающая воздухововлечение при турбулентно-кавитационном способе перемешивания компонентов (ЗАО Фибробетон).
   На кафедре Технологии отделочных и изоляционных материалов МГСУ разработана технология получения пенобетона, основанная на методе сухой минерализации пены предусматривающая следующие операции: приготовление раствора ПАВ, получение пены заданной кратности из готового раствора, минерализация пены сухими компонентами (смесь вяжущего и заполнителя), транспортировка готовой пеномассы к месту заливки [2].
   В качестве сырьевых материалов применяются: цемент, песок, пенообразователь, вода. Исходные компоненты необходимо проверять на отсутствие радиоактивности, канцерогенных веществ, примесей тяжелых металлов или иных вредных для здоровья человека веществ, поэтому конечный продукт экологически чист. В качестве минерального вяжущего возможно использовать цемент, гипс, местные бесцементные вяжущие, а также смеси вяжущих. В качестве заполнителя – кремнеземистого компонента – используют немолотый песок, золы, шлаки, золо-шлаковые смеси определенного фракционного состава и др. Пенообразователем являются экологически чистые синтетические ПАВ, выпуск которых широко налажен во многих регионах РФ.
   Технология пенобетона сухой минерализации проста и реализуется в одной установке и включает следующие операции:
   - приготовление из высококонцентрированного пенообразователя водного раствора заданной концентрации;
   - подача раствора пенообразователя в пеногенератор и непрерывное образование пены кратностью 4...6;
   - непрерывное дозирование сухого цемента, заполнителя и пены в смеситель-минерализатор, из которого готовая пенобетонная масса с заданными значениями плотности поступает для заливки форм или опалубки;
   - заливка пенобетонной массы в накопители для последующего перекачивания в формы (технология получения блоков) или опалубку (монолитное домостроение - заливка стен, стяжек под полы, перегородок).
   Продолжительность цикла приготовления и заливки пенобетонной массы – 5-15 мин.
   Твердение пенобетонной массы происходит при нормальной температуре (10-250С) или для ускорения твердения при повышенной температуре (70-850С).

   Свойства пенобетона, полученного методом сухой минерализации пены на различных вяжущих, приведены в таблице 2.
   Технология пенобетона имеет широкие области применения. Разработана технологическая схема для производства изделий в виде блоков и для возведения монолитных объектов в построечных условиях, представленная на рис. Технология блоков позволяет получать четкие прямоугольные формы и ровную поверхность изделий.
   Для выполнения строительных работ непосредственно на строительной площадке – при монолитном домостроении, разработаны специальные технологические схемы и сопроводительные нормативные документы и правила.
   На сегодняшний день пенобетон – один из самых эффективных материалов на строительном рынке России. В настоящее время в МГСУ ведутся дальнейшие работы по расширению сырьевой базы, совершенствованию технологии и оборудования для производства пенобетона плотностью Д400...Д600, который может быть максимально востребован в дальнейшем.

Библиографический список
   1. Сахаров Г.П., Стрельбицкий В.П. Тенденции развития технологии и улучшения свойств поробетона // Промышленное и гражданское строительство. № 9. 2001.
   2. Румянцев Б.М., Критарасов Д.С., Зудяев Е.А. Технология и оборудование для производства пенобетонов методом сухой минерализации пены // Строительные материалы, оборудование, технологии ХХI века. № 3–4. 1999.