Парадокс пенобетона

Пенобетон — ещё один представитель ячеистых бетонов. Он обладает более высокими теплозащитными, звукоизоляционными и морозостойкими свойствами, чем газобетон.

Репутация пенобетона противоречива. С одной стороны, считается, что организовать процесс производства этого материала небольшими партиями достаточно просто, чем и занимается много заводиков и цехов. С другой,— малейшее отклонение от установленной технологии ведёт к тому, что полученный продукт не имеет ожидаемых широко разрекламированных свойств.

Ключ успеха — технология!

В профессиональном строительном сообществе давно ведётся жаркая дискуссия по поводу оптимизации технологической цепочки с целью разработки новых эффективных технических приёмов, которые бы позволили гарантированно изготавливать качественный пенобетон. Все участники споров соглашаются в одном: великолепные характеристики пенобетона можно получить только на высококачественном специализированном оборудовании с использованием отработанной рецептуры при строгом соблюдении всех технологических процессов. Важна каждая деталь: от свойств сырья, формования и твердения материала до условий его транспортировки.

Совет

Высокое качество пенобетона зависит от соблюдения множества условий. В частности, свойства пенобетона определяются структурой и технологическими характеристиками пены.

В наше время интерес к пенобетону неуклонно возрастает как со стороны строителей, так и будущих домовладельцев. Идя навстречу чаяниям широких масс, производители не только увеличивают объём продукции, но и поддерживают научные исследования с тем, чтобы усовершенствовать технологию и улучшить свойства пенобетона. Ещё в советское время, в 1950-1970-е годы, был накоплен богатый опыт в области бетоноведения, на основе которого развиваются современные идеи.

Сейчас пенобетон производят тремя способами. Во-первых, традиционная технология: в ёмкости смешиваются подготовленные по отдельности цементно-песчаный раствор и пена, затем готовую массу разливают по формам, где она затвердевает естественным путём. Для создания пены применяют органические пенообразователи.

Второй способ — «метод сухой минерализации» заключается в том, что пена вводится в сухую смесь. Вода поступает из пены. В качестве пенообразователя используется СДО — смола древесная омыленная. Этот способ был разработан 40 лет назад московскими учёными.

И третий вариант — баротехнология (пенобаротехнология) — от слова «бар», означающее единицу давления. Для производства пенобетона по этой технологии требуется более сложное оборудование, чем используется при других вариантах изготовления. Пена и раствор смешиваются в замкнутом смесителе под некоторым давлением. Затем пеномасса поступает по пневмотрубе к месту формирования строительных деталей. На выходе возникает перепад давления, благодаря чему поры в пенобетоне увеличиваются, а межпоровые стенки становятся толще. Такой способ предложен недавно, и ещё нет статистических данных, позволяющих утверждать, что полученный пенобетон отличается улучшенными свойствами. Кстати, в производстве предусмотрено использование синтетических пенообразователей.

Раз, два, три... пена, в бетоне замри!

Если заглянуть в толковый словарь С. И. Ожегова, прочитаем, что пена — это «пузырчатая масса, образующаяся на поверхности некоторых жидкостей». Говоря высокопарно, пена -уникальное явление природы.

Эфемерная субстанция появляется на границе жидкости и воздуха и быстро исчезает — согласно законам физики и химии, она возникает в результате внешнего влияния на жидкость, но под действием внутренних сил быстро разрушается. Учёные уже давно пытаются найти секрет устойчивости пены, но бесспорного решения пока нет.

А производителям важно знать, каким образом добиться стабилизации пены. Как «остановить прекрасное мгновенье»? Зная механизм образования пены, можно им управлять. Не случайно технологи даже пользуются термином «живучесть» применительно к пене. При производстве пенобетона требуется, чтобы срок жизни пены был запрограммирован.

Совет

Область применения пенобетона достаточно широка — это не только возведение стен, но и утепление стен и перекрытий, заполнение пустот, реконструкция зданий, устройство наливных теплоизоляционных и звукоизоляционных полов и чердаков.

При описании особенностей пены часто говорят о её «кратности». Имеется в виду соотношение первоначального объёма пены и объёма раствора, из которого её получили. Понятно, что знать эту величину необходимо для оценки рентабельности производства, чтобы инвестиции не оказались «вложены в пену». Примечательно, что свойства пены меняются в зависимости от технологических условий. В свою очередь, пенобетон унаследует эту изменчивость.

Как создать пену?

Предприниматели, собирающиеся производить пенобетон, часто «пляшут от пенообразователя». Выбирая средство для получения пены, одновременно выбирают способ и технологию, с помощью которых изготавливается пена. Это смешивание цементно-песчаного раствора с пеной по традиционной технологии или непосредственное вспенивание раствора при помощи пенообразователя по баротехнологии.

Произвести пену — ещё не всё. Она должна соответствовать чётким требованиям, чтобы в итоге получился качественный пенобетон, основные параметры которого: высокая кратность пены (не меньше 10) и стойкость субстанции во времени. Далеко не любая «воздушно-плёночная масса» годится для пенобетона. Её пригодность определяют, высчитывая специальный коэффициент использования пены в пенобетоне. Важно, каким образом пена и цемент повлияют друг на друга при смешивании, каковы сроки схватывания и твердения цемента в присутствии пенообразователя. Учитывается пластифицирующий эффект пенообразователя. Конечно, самый главный критерий — прочность пенобетона как продукта производства. Можно получить распрекрасную пену, но бетон из неё выйдет плохой.

Пенообразователи бывают двух типов: органического происхождения и синтетического. Органические соединения получают на основе натурального протеина (белка). Часто для производства пенобетона используют мыльную пену. Мыло — соединение жирной кислоты (или их смеси) со щёлочью. Как правило, это олеиновая, линолевая, пальмитиновая, стеариновая кислоты. Используя натриевую щёлочь, получают твёрдое мыло. Применение калиевой щёлочи ведёт к образованию жидкого мыла. В промышленности широко употребляется мыло на натриевом основании.

А вот мыло на калиевом основании даёт больше пены. Но при смешивании цемента с таким мылом в жёсткой воде происходит химическая реакция: калий и натрий замещается кальцием. А кальциевое мыло не растворяется в воде, не мылится и, следовательно, не пенится.

На кальций не реагирует пена, сырьём для которой служит канифоль. Из неё извлекаются смоляные и нафтеновые кислоты. При добавлении к ним щёлочи получается пена, но она оказывается нестойкой, разрушается при перемешивании с цементным раствором. Чтобы пена была крепкой, добавляют столярный клей.

Наиболее устойчивые пены образуются на основе белка, который извлекается из частей животных: крови, кожи, костей, рогов, копыт и т. д., а также из молока, масличного жмыха. Для повышения стойкости пены вводят сульфат железа.

Пенообразователи получают также из природных соединений. Это сапонин, содержащийся в корне растения сапониноса. Замечательными пенообразующими свойствами обладают смеси полисахаридов морских водорослей (агар-агар).

Синтетические пенообразователи — химические соединения, поверхностно-активные вещества (ПАВ), механизм действия которых нам знаком по современным моющим средствам. Иногда используются смешанные синтетическо-органические пенообразователи.

Ищем качественное сырьё!

Все нюансы производства отражаются на пенобетоне. Многое определяется свойствами сырьевых компонентов: цемента, воды, заполнителей. В качестве вяжущего требуется портландцемент. Частицы должны быть тонкого и равномерного помола. Имеет значение, сколько времени хранился цемент к моменту использования в производстве, поскольку при продолжительном хранении его активность падает. Рекомендуемая марка цемента по прочности не ниже М500 (на практике часто используется М400).

Чтобы уменьшить количество цемента и, следовательно, усадку пенобетона, добавляют песок. Он заполняет пространство между пузырьками. Измельченный песок справляется с этой задачей лучше. В идеале он состоит из гранул одинакового размера (до 2 мм). Например, при использовании барханного среднеазиатского и мелкого дюнного песка для приготовления цементно-песчаного раствора образуются комки.

Ещё одно важное условие: песок должен быть промытым. Нельзя применять для производства песок, загрязнённый грунтом, глиной, илом. В нём могут быть органические примеси в виде гуминовых кислот, которые замедляют схватывание цемента.

Без специального оборудования — никуда!

При производстве пенобетона небольшими партиями обычно используется несколько установок, предназначенных для основных этапов работы. По классической технологии требуется, во-первых, смеситель для перемешивания цементно-песчаного раствора, затем для смешивания его с пеной. Во-вторых, понадобится пеногенератор — для приготовления пены. И, в-третьих, необходим героторный или шланговый насос для подачи полученного пенобетона к месту заливки.

Обязательное условие баротехнологии — наличие высокоскоростного смесителя для перемешивания составляющих, взбивания пены, а также пневмотрубы.

Чтобы получить пенобетон высокого качества, надо смешать все компоненты в нужном количестве и соотношении. Полностью справиться с этой задачей сможет специализированное оборудование. Имеется в виду не просто механизация или автоматизация отдельных этапов процесса, а создание единой технологической цепочки, включающей в себя не только производственные операции как таковые, но и вспомогательные мероприятия: транспортировку сырья, его складирование, выгрузку, дозировку и т. д.

Организация полного комплекса оборудования направлена на то, чтобы получить в итоге продукцию с определёнными свойствами.

Сейчас выпускается оборудование, способное предотвратить потерю качества теми или иными компонентами сырья при перевозке или хранении.

Например, автоцементовоз доставит цемент от вагона до места производства без ущерба качеству при помощи системы самозагрузки.

Для хранения цемента разработаны специальные ёмкости со шнеками (винтовые конвейеры) на дне. Благодаря шнекам бункер разгружается без доступа воздуха к цементу и, следовательно, без потери активности этого строительного материала. Между тем после выгрузки «дедовским способом» качество цемента снижается примерно на 8-15%.

Существуют также винтовые конвейеры для транспортировки цемента, гравия, песка, шлака, мокрой глины, бетонной смеси на расстояние 30-40м. Можно наладить доставку под углом 20о или вертикально. Серийно выпускаются установки с применением аэрации: порошковый материал насыщается капиллярно распределённым воздухом и становится подвижным, почти текучим, как жидкость.

Качество — ещё лучше! Процесс — ещё быстрее!

Улучшить свойства пенобетона при производстве можно разными способами. Один из них — это добавки к основному составу. Простейшая композиция такой добавки включает в себя пластификатор 2-й (реже 3-й) группы эффективности и ускоритель или сочетание нескольких ускорителей.

С помощью оптимизации производственных процессов также добиваются хороших результатов. Например, устранить комки при смешивании, уплотнить бетонную смесь удаётся, применяя разночастотную вибрацию электромеханического или электромагнитного происхождения, а также воздействуя центрифугой или вакуумом.

В процессе производства используется вода, прошедшая магнитную обработку. Уменьшается соотношение воды и цемента. Если подогреть смесь к моменту заливки в формы (до температуры около 400оС), то пенобетон быстрее схватится и затвердеет.

Пенобетон — идеальный теплоизолятор

Ещё в 1930-х годах в Ленинграде действовал завод, производивший пенобетон для монолитной теплоизоляции.

В строительстве газобетон и пенобетон прекрасно дополняют друг друга, потому что отличаются по ряду свойств. Из газобетона специалисты рекомендуют строить коттеджи для круглогодичного проживания площадью от 200 кв. м. При одинаковой плотности газобетонные блоки прочнее пенобетона, который, в свою очередь, можно использовать для возведения, например, гаража или построек хозяйственного назначения. В силу своей структуры из замкнутых пор пенобетон отличается низким водопоглощением. Поэтому его советуют использовать в помещениях с повышенной влажностью и на стыках «холод-тепло», где применение газобетона недопустимо. В условиях нашего сурового климата пенобетон как теплоизолятор для нас — просто находка.

Пеноблоки или монолит?

В отличие от газобетона пенобетон можно производить небольшими партиями поблизости от места строительства. Пенобетон используют для монолитного домостроения, заливая в готовую опалубку. Также из пеномассы производятся строительные блоки. Можно формировать из смеси различные строительные элементы: стеновые блоки, перегородки, плиты перекрытия.

Существует три технологии изготовления пеноблоков. Первая — пенобетон заливается в металлические кассетные формы. Они бывают нескольких типоразмеров. Примерно через 10 часов блок затвердеет, его извлекают, и форму можно будет заполнить снова. Производительность при таком способе не очень высокая.

Второй вариант — резательная технология, при которой пенобетон заливается в длинную форму без перегородок. После застывания получившийся блок распиливают ножовкой на части необходимых размеров. При этом методе 0,5% материала идёт в отходы в виде крошки от пиления.

Ну и последний метод, когда пенобетонная масса заливается в форму с последующим снятием опалубки. После застывания материала опалубка снимается автоматически. Такая форма имеет всего один типоразмер.

В некоторых странах блоки из пенобетона называют «биоблоками», потому что этот материал обладает преимуществами камня и дерева, прочный, лёгкий, легко поддаётся обработке. Он действительно такой замечательный, если сделан безупречно, с полным соблюдением всех технологических процессов.

Текст: Ирина Хлызова
«Загородное строительство» № 5 (45), май 2009 г.