Виробництво конструкцій та матеріалів з бетонів ніздрюватої структури

Прогресивними у теперішній час є вироби і конструкції з ніздрюватих бетонів, які утворюються внаслідок затвердіння попередньо поризованої суміші в’яжучого, органічних та неорганічних домішок й води. Структура ніздрюватих бетонів характеризується наявністю рівномірно розподілених пор діаметром до 2 мм, заповнених повітрям чи газом. Від величини пор та їх кількості в одиниці об’єму залежать головні властивості бетону: середня щільність, міцність, теплопровідність. Об’єм пор може досягати 85…90% загального об’єму ніздрюватого бетону.

За видом в’яжучого розрізняють ніздрюваті бетони на портландцементі, вапняно-кремнеземистому в’яжучому, гіпсовому в’яжучому.

За способом твердіння ніздрюваті бетони і вироби з них поділяють на автоклавного і безавтоклавного тверднення. Вихідними матеріалами для автоклавних ніздрюватих бетонів є в’яжуче і кремнеземистий компонент у вигляді суміші звичайного і меленого піску.

Вихідними матеріалами для ніздрюватих бетонів безавтоклавного твердження є портландцемент і кремнеземистий компонент у вигляді суміші грубо і тонкомелених неорганічних силікатних речовин (шлаків металургійних виробництв, шлаків ТЕС).

За способом пороутворення розрізняють ніздрюваті бетони в основному двох видів: піно- та газобетони. Пінобетони виготовляють інтенсивним змішуванням розчинової суміші з попередньо приготовленою технічною піною. Для виготовлення технічної піни використовують смолу нейтралізовану повітро-втягувальну. клеєканіфольний, смолосапоніновий, алюмосульфа-нафтеновий піноутворювачі. Витрати піноутворювача для одержання піни становлять: клеєканіфольного – 8…12%; смолосапонінового – 12…16%; алюмосульфанафтенового – 16…20% до кількості води.

Газобетони виготовляють вспухненням укладеної у форми розчинової суміші, в яку введенні газоутворюючі домішки: алюмінієву пудру марок ПАК-3 або ПДК-4. Їх витрати на 1 м³ бетону залежать від потрібної щільності бетону і складають при щільності 350 кг/м³ – 690 г/м³ бетону; 500 – 540 г/м³; 600 – 470 г/м³; 700 – 360 г/м³; 800 – 300 г/м³. Важливою технологічною операцією при виробництві виробів з газобетонів є прожарювання алюмінієвої пудри. Це пов’язане з тим, що при виробництві пудри для захисту її поверхні від окислення вводять парафін, який покриває тонкою плівкою кожну частинку алюмінію і надає їм гідрофобності. Така плівка перешкоджає утворенню суспензії під час змішування пудри з водою. Прожарюють пудру протягом 4…6 годин в електричних печах при температурі 200…220º С.

Використовують також спосіб приготування суміші з розчинами поверхнево-активних речовин (милонафт, ЛОТ), які надають частинкам пудри гідрофільності. При цьому дещо уповільнюється пряме газоутворення. Витрати поверхнево активної добавки становлять до 5% сухої речовини до маси пудри. Удосконалюючи технологію виробництва виробів з ніздрюватих бетонів в останні роки, використовують модифікуючі хімічні домішки. Для скорочення строків витримування виробів до автоклавної обробки у 1, 5…2 рази вводять домішки моноетаноламіну, триетаноламіну, тринатрій фосфату, які інтенсифікують процес структуроутворення в початкові строки. Ефективним є використання комплексних домішок з застосуванням суперпластифікаторів.

При виробництві безавтоклавних ніздрюватих бетонів найдоцільніше застосовувати алітовий цемент з початком тужавлення не пізніше, як через 2 години. Для ніздрюватих бетонів автоклавного твердіння використовують: портландцемент у суміші з кварцовим піском, при цьому частину піску розмелюють мокрим способом; вапняно-кремнеземисте в’яжуче; суміш портландцементу з вапном-кипілкою (у співвідношенні 1: 1) й меленого піску. Вапно застосовують високоекзотермічне з температурою гашення 85º С, вмістом активного оксиду кальцію не менше як 70%, активного оксиду магнію не більше, ніж 5%. Тонкість помелу вапна-кипілки повинна складати 350…400 м²/кг.

Залежно від середньої щільності в сухому стані й галузі застосування ніздрюваті бетони поділяють на три типи: теплоізоляційні з середньою щільністю до 500 кг/м³; конструкційно-теплоізоляційні з середньою щільністю 500…900 кг/м³; конструкційні з середньою щільністю 900…1200 кг/м³.

Ніздрюваті бетони залежно від їх середньої щільності, виду і властивостей вихідних матеріалів, режиму теплової обробки та вологості мають такі класи по міцності на стиск: В0, 35; В0, 75; В0, 85; В1; В1, 5; В2, 5; В3, 5; В5; В7, 5; В10; В12, 5; В15; В17, 5. Марка бетонів по морозостійкості складає: F10; F15; F25; F35; F50; F75; F100. Конструкційний ніздрюватий бетон повинен мати клас за міцністю на стиск не менш, як В5 (марка М75) і марку за морозостійкістю не менш, як F50.

Теплопровідність ніздрюватого бетону залежить здебільшого від його середньої щільності та вологості і перебуває у межах 0, 08…0, 30 Вт/м·К. Ніздрюватий бетон має високі звукопоглинальні і звукоізоляційні властивості. Усадка ніздрюватих бетонів при висиханні вища, ніж у важкого бетону, і становить 0, 5…0, 7 мм/м для автоклавного і до 3 мм/м для безавтоклавного бетону. Ніздрюваті бетони мають високу сорбіційну вологість, паро- та повітряпроникність.

З ніздрюватих бетонів виготовляють армовані панелі зовнішніх стін та покриття будівель, неармовані стінові блоки і камені, тепло- й звукоізоляційні, жаростійкі вироби. Вироби з ніздрюватих бетонів застосовують у цивільних, промислових та сільськогосподарських будівлях з відносною вологістю повітря не більше ніж 75%. Зовнішні поверхні огороджувальних конструкцій з ніздрюватого бетону захищають шаром розчину, облицювальною плиткою, гідрофобним покриттям. Використовувати вироби з ніздрюватих бетонів у приміщеннях з вологим режимом експлуатації, стін підвалів не дозволяється. Стіни з ніздрюватого бетону в 1, 5…2 рази легші, ніж стіни з керамзитобетонних панелей. Особливо ефективні вироби з ніздрюватого бетону повної заводської готовності, застосування великорозмірних виробів з ніздрюватих бетонів дає змогу значно зменшити масу огороджувальних конструкцій, підвищити їх тепловий опір, знизити матеріалоємність будівельних споруд.

Вироби з газобетону виготовляють за литтьовою або вібраційною технологією. Литтьова технологія передбачає використання текучої формувальної суміші, яка містить 50…60% води. Технологія виробництва виробів з газосілікатних ніздрюватих бетонів цим способом передбачає такі операції. Кварцовий пісок доставляють автосамоскидами на підприємство і вивантажують в бункери стрічковим живильником, звідки елеватором подається на грохот, де відсіють гравій, глина і інші включення. Потім частина піску поступає в кульовий млин, де помелюється мокрим способом. Отриманий піщаний шлам за допомогою пневмоустановки подається в шлам-басейни. Вапно з приймального бункера і частка просіяного піску подається автоматичними дозаторами на стрічковий конвеєр, а потім в кульовий млин. розмелюють кремнеземно-вапнякове в’яжуче (співвідношення вапно – пісок 1: 1) мокрим способом, додаючи в млин гарячу воду чи пару. Одержаний шлам з темпер турою 35…45º С надходить у шлам-басейн, де його витримують 4…5 годин при безперервному перемішуванні. Газобетонну суміш готують у газобетонозмішувачі, куди спочатку завантажують піщаний шлам; у разі потреби немелений пісок, потім додають підігріту воду і в’яжуче. Після 2…3 хвилин перемішування у змішувач вводять водно-алюмінієву суспензію і суміш додатково перемішують 2…3 хвилини. Далі суміш заливають у металеві форми з таким розрахунком, щоб після спучення суміші форма була наповнена вщерть. Через 3…6 годин, коли бетонна суміш достигає пластичної міцності 0, 015…0, 03 МПа, надлишок суміші (“окраєць”) зрізають туго натягнутими струнами або прикочують спеціальним пристроєм. Зрізаний “окраєць" перемішують з водою у спеціальному змішувачі і перекачують у шлам-басейн для подальшого використання. Застосування підігрітої води пов’язане з тим, що при температурі 15..20º С з 1 кг алюмінієвої пудри можна одержати 1, 2…1, 25 м³ водню. З підвищенням температури до 40º С об’єм газу, що виділяється, збільшується і складає 1, 4…1, 43 м³. Відформовані вироби надходять на теплову обробку, яку виконують переважно в автоклавах у середовищі насиченої водяної пари при температурі 175… 200º С і тиску 0, 8…1, 3 МПа. Якщо в’яжучим є портландцемент, то можливе пропарювання відформованих виробів при атмосферному тиску і температурі пари 80…100º С. Проте одержувані при цьому вироби, по результатам дослідів ряду вчених, поступаються перед автоклавними в морозо- та тріщиностійкості, міцності.

При здійсненні тепловологісної обробки у автоклавах увесь цикл обробки можна розподілити на три періоди: І – підйом температури до 170…225º С, II – витримка виробів при постійній температурі, Ш – зниження температури до 40º С. Лицьова поверхня виробів оброблюється шліфувальними фрезерними станками, піскоструйними апаратами або механічними щітками і опоряджується цементно-перхлорвініловими фарбами.

Прогресивнішою є вібраційна технологія виробництва виробів і конструкцій з газобетону. Особливість її полягає в тому, що вироби виготовляють з високов’язких сумішей із вмістом води 30…40%, які зазнають впливу вібрації послідовно на стадіях приготування, укладання у форми та формування виробів. Змінюючи параметри вібрації можна регулювати пластично-в’язкі властивості сумішей і таким чином керувати процесами їх виготовлення та формування структури ніздрюватих бетонів. Завдяки застосуванню цієї технології вдається скоротити витримування виробів до теплової обробки, знизити їх вологість, підвищити міцність, морозостійкість, знизити усадочні деформації. Ніздрювата бетонна суміш за цією технологією готується у віброгазобетонозмішувачах. Вібраційна технологія дає змоги формувати великі масиви (заввишки до 2 м) з наступним розрізуванням їх на вироби потрібної товщини.

Формування виробів по вібраційній технології з ніздрюватих бетонів виконується на віброплощадках в металевих формах, які мають підвищену жорсткість. Це необхідно для попередження утворення тріщин у виробах у процесі твердіння бетону і транспортуванні виробів у автоклави, або камеру тепловологісної обробки. Перед подаванням матеріалу форми очищують і змазують, а потім в них вкладають арматуру і інші закладні вироби. При цьому усі металеві вироби покривають антикорозійними речовинами. При виготовлені виробів з огороджувальним шаром на дно форми спочатку вкладають на бетонні вкладиші арматурний каркас, потім огороджувальний шар розчину, а зверху ніздрюватобетонну суміш. Після вібрування на протязі 3…5 хвилин, форми за допомогою крана встановлюють на вагонетки, які за допомогою електропередаточного моста з товкачем направляють в автоклав. Після теплової обробки вагонетки з формами встановлюють на пост розпалубки, де у форм розкривають борти, а готові вироби за допомогою траверси виймають з форми і направляють на пост опоряджування, де виконуються шпаклівка і фарбування панелей, які потім направляють на склад готової продукції.

Важливим в технологічному процесі виготовлення виробів з ніздрюватого бетону є операція їх зберігання на складі. Готові вироби повинні зберігатися у вертикальному положенні і не підлягати дії атмосферних опадів і сонячних променів.

В теперішній час отримала розповсюдження віброрізательна технологія виробництва крупнорозмірних виробів і дрібних блоків з ніздрюватого бетону. Ця технологія дозволяє в одних і тих же формах виготовляти вироби великої номенклатури. Якість виробів, внаслідок поліпшення процесу їх формування шляхом вібраційного впливу, розрізання залитого масиву на вироби необхідних розмірів за допомогою спеціальної різальної машини, а також механічної обробки виробів значно вище, ніж в інших умов формування.

Технологічна схема виробництва виробів із ніздрюватих газошлакобетонів сухим способом має такий вигляд. Кремнеземистий компонент, після попередньої сушки у сушильному барабані, розмелюють у кульовому млині. Вапно-кипілка спочатку підлягає подрібненню на щоковій дробарці, а потім помелу у кульовому млині. Після попередньої обробки вапно і кремнеземистий компонент направляють у витратні бункери, а звідти у змішувач, куди також подають воду. Змішування кремнеземо-вапняної суміші з газоутворювачем виконують у газомішалці, звідки суміш подають у форми-вагонетки, куди попередньо вкладають арматуру і інші закладні вироби. Відформовані вироби витримують у формі 3…4 години, після чого проводять зрізку “окрайця” і поверхня панелі опоряджується цементно-піщаним розчином. Термообробку відформованих виробів виконують в автоклавах при тиску насиченої пари 8 атмосфер. Після чого вироби витримують на протязі 4…6 годин у теплому приміщенні, а потім вони поступають у опоряджувальне відділення, де на лицьову поверхню панелі наноситься покриття з цементно-перхлорвінілових фарб.

При виробництві виробів з пінобетонів змішують попередньо приготовану розчинову суміш та технічну піну. Технічну піну готують, інтенсивно збиваючи водний розчин піноутворювачів, які містять поверхневоактивні речовини. Пінобетонні суміші готують в трибарабанних пінобетонозмішувачах: у двох верхніх окремо готують піну і розчинову суміш, а в нижньому – змішують їх. Не пізніш, як через 15 хвилин після приготування, ніздрюватобетонну суміш заливають у форми на повну висоту з наступним заглажуванням поверхні, форми витримують доти, доки бетон не набуде потрібної структурної міцності (для пінобетону 8…16 годин, піносилікату 4…8 годин) і надсилають в установки тепловологої обробки.

У ніздрюватих золобетонах зола є кремнеземистим компонентом. В порівнянні з звичайним кремнеземистим компонентом – меленим кварцовим піском – зола має більшу реакційну здатність, потребує значно менших витрат на помел і дозволяє отримати ніздрюватий бетон меншої ваги. Недолік золи як кремнеземистого компонента – менший, ніж у піску, вміст оксиду кремнію; більша водопотреба, наявність незгорілого палива. Ніздрюваті бетони з використанням золи мають об’ємну вагу від 400 до 1200 кг/м³, міцність від 0, 5 до 15 МПа. З них виготовляють теплоізоляційні вироби, панелі, блоки і плити зовнішніх стін, внутрішні перегородки. В залежності від способу твердіння ніздрюваті золобетони поділяють на безавтоклавні і автоклавні. Найбільш розповсюджений спосіб формування ніздрюватих золобетонів литтьовий, але більш ефективний вібраційний. При виробництві виробів з таких бетонів застосовують шарові млини СМ-1456 і СМ-436; віброгазобетонозмішувачі СМ-553 і СМС-40; автоклави для тепловологісної обробки при тиску 0, 8…1, 2 МПа; тележки-платформи для транспортування напівфабрикатів. В технологічному процесі виробництва виробів по литтьовій технології передбачені такі операції: помел золи або золошлакової суміші у водному з середовищі до отримання шламу густиною 1600…1800 кг/м³ і сухий помел вапняково-золового в’яжучого до питомої у поверхні 350…400 м²/кг. Співвідношення між вапном і золою при виготовленні в’яжучого змінюється у межах 1: 1-4, 5. Для зберігання, перемішування і коректування властивостей шламу застосовують шлам-басейни, звичайно не менше трьох: в один подають шлам з млина; у другому коректують його водовміст; з третього крізь дозатор шлам поступає в газобетонозмішувач. Шлам необхідно постійно перемішувати. В газобетонозмішувач сировинні компоненти завантажують у такій у послідовності: шлам золи або золошлакової суміші; вапняково-золове в’яжуче; цемент. Потім таку суміш перемішують на протязі 2…3 хвилин; подають в змішувач алюмінієву пудру у вигляді водної суспензії і додатково перемішують 2…4 хвилини. Заливають газобетонну суміш в форми за допомогою гнучких рукавів. Відформовані вироби витримують на протязі 3…4 годин на теплій стелі, в яку вмонтовані регістри для поліпшення умов спучення і тужавлення газобетонної суміші. Коли бетонна суміш досягає пластичної міцності 0, 015…0, 03 МПа, надлишок суміші (“окраєць”) зрізують. Відформовані вироби надходять на тепловологу обробку, яку виконують переважно в автоклавах. Якщо в’яжучим є портландцемент, то можливе пропарювання відформованих виробів при атмосферному тиску й температурі пари 80…100º С. Міцність і теплопровідність ніздрюватих золобетонів в значній мірі залежить від їх середньої щільності і при її зміні у межах з 400…800 кг/м³ змінюється відносно від 0, 5 до 4, 0 МПа; від 0, 17 до 0, 28 Вт/м·К. Розрізання масивів ніздрюватих бетонів здійснюють за допомогою металевих струн діаметром 1, 2…1, 8 мм.

Виробництво ніздрюватих пінобетонів організують з сухим або мокрим помелом золи або золошлакової суміші. Обладнання при пінобетонній технології аналогічне тому, яке використовується при виробництві газобетону. Відмінність полягає в застосуванні спеціального змішувача для приготування пінобетонної суміші. Ніздрювату піномасу готують у трьохбарабанному пінобетонозмішувачі, а піщаний бетон для фактурного шару – у бетонозмішувачі. Технічну піну готують інтенсивно збиваючи водний розчин клеєканіфольного, смолосапонінового, алюмосульфонафтенових піноутворювачів з добавками поверхнево-активних речовин. Спочатку в форму для виготовлення конструкцій укладають шар піщаного бетону, потім наповнюють її пінобетонною сумішшю. Після формування на протязі усього періоду витримки перед запарюванням у автоклаві форми не переміщують, щоб не зруйнувати структуру пінобетону. Після витримки вироби подають на автоклавну обробку, потім на пост розпалублення і на склад. Негативною особливістю золобетонів є їх здатність до порівняно високого сорбційного зволоження, яке обумовлюється значною мікропористістю золи. Ніздрюваті золобетони реагують на циклічне зволоження і висушування в більшій мірі, ніж керамічна цегла або важкі бетони. Для захисту від впливу атмосфери на поверхню виробів з ніздрюватих золобетонів обов’язково наносять захисні покриття.

Типові проекти підприємств по виробництву виробів з ніздрюватих бетоні передбачають виробництво від 15 до 100 тис. м³ виробів в рік.