Урало-Сибирская научно-практическая конференция

Технологические особенности  получения безавтоклавного пенобетона  на основе портландцемента  и оборудование 
для его производства

М.А. Михеенков

 
Уральский государственный технический университет –УПИ
620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19

Наиболее перспективным материалом для индивидуального строительства является неавтоклавный пенобетон, обладающий рядом ценных свойств, таких как низкая стоимость, высокие прочностные свойства, низкая теплопроводность, возможность приготовления непосредственно на строительной площадке.   

Технология получения безавтоклавного пенобетона включает смешение цементно - песчаного теста с готовой пеной и заливку пенобетона в формы или утепляемую полость. В качестве инертных наполнителей, помимо кварцевого песка, может использоваться зола – унос, молотые кислые шлаки и золо – шлаковые смеси. Пена для получения пенобетона готовится, как правило, на основе протеиновых пенообразователей, имеющих наиболее высокую пеноустойчивость.   

В связи со специфическими условиями получения и эксплуатации, можно сформулировать ряд технологических требований к неавтоклавным пенобетонам:   

-         неавтоклавные пенобетоны должны иметь минимальный срок схватывания;

-         неавтоклавные пенобетоны должны иметь повышенную скорость твердения;

-         теплофизические и физико – механические свойства пенобетона должны обеспечивать максимальную несущую способность стены при минимальной ее толщине.

Для обеспечения вышеупомянутых требований в состав пенобетона вводится повышенное (по сравнению с автоклавными пенобетонами) количество цемента. При этом не учитываются особенности химического строения и гидратации портландцемента. В первую очередь необходимо иметь в виду, что цемент содержит до 4% замедлителя схватывания – дигидрата сульфата кальция, а во вторых, что при гидратации клинкер - образующих минералов – алита и белита, в течение месяца выделяется в среднем около 18% гидроокиси кальция, причем, гидроокись кальция особой роли в формировании прочности системы не играет. Следовательно, для ускорения твердения системы необходимо блокировать дигидрат сульфата кальция, а для повышения прочности связать гидроокись кальция в другое, более прочное соединение. 

Лучшими соединением, в которое может быть преобразован дигидрат сульфата кальция, являются эттрингит так как он способен поглощать большое количество воды, стабилизируя пенную структуру пенобетона. После блокирования гипса ускоряется общая скорость твердения цементной композиции, так как гипс перестает препятствовать гидратации алюминатной и алюмоферритной фаз цементного клинкера и они начинают ускоренно твердеть.

Для повышения общей прочности системы, гидроокись  кальция лучше всего преобразовать в низкоосновные гидросиликаты, гидроалюминаты или гидроалюмоферриты кальция типа СSH, САH или CAFH, что может быть достигнуто введением в систему кремнеземистых, алюминатных или алюмоферритных соединений, обладающих высокой гидравлической активностью. Гидравлической активностью обладают перлит, кислые молотые шлаки, зола – унос, молотый керамзит, диатомит и др.

Сложность использования гидравлических добавок заключается в том, что они повышают прочность системы только при твердении во влажной среде. Безавтоклавные же пенобетоны, в основной своей массе, твердеют на воздухе, поэтому реакции взаимодействия гидроокиси кальция с пуццоланами прекращается после высыхания пенобетона.

Данных недостатков лишено жидкое стекло, так как кремний в жидком стекле находится в коллоидном состоянии и при введении  его в цементную систему активно взаимодействует с гидроокисью кальция, при этом растворимость алита и белита повышаются в несколько раз.  Повышенная растворимость гидроокиси кальция приводит к быстрому образованию пересыщенного раствора и последующей кристаллизации  тоберморитоподобных кальций натриевых гидросиликатов, равновесного состава CaO1,35SiO₂ 0,2 Na₂O и метасиликата натрия m SiO₂ n Na₂O. Основные вяжущие свойства системе придает кальций натриевый гидросиликат, а метасиликат натрия только несколько повышает прочность. При наличии в системе гипса, кальций натриевые гидросиликаты и метасиликат распадаются с образованием тоберморита CaO SiO2 H₂O и миробилита Na₂SO₄10H₂O (гидро - сульфата натрия), причем образовашийся тоберморит и миробилит, образуют напряженную субмикрокристаллическую структуру, прочность которой существенно ниже, чем у кальций натриевых гидросиликатов. Поэтому блокирование гипса, упоминавшееся выше, важно еще с точки зрения повышения прочности системы, при использовании для формирования дополнительной прочности жидкого стекла.  Сложность использования жидкого стекла в подобных системах заключается в подавлении жидким стеклом пены. Для устранения данного недостатка разработан стабилизатор, который вводится вместе с жидким стеклом.

Для реализации вышеописанной технологии разработана установка «Аэрол-1», общий вид которой приведен на рис.

Рис.  Общий вид установки «Аэрол – 1», 1 – смесительный бак, 2 – бак пенообразователя, 3 – пульт управления,  4 – бак технологических добавок, 5 – раздатчик, 6 – пеногенератор.

Установка работает следующим образом: в баке 1 готовится цементная суспензия, а в пеногенераторе 6 пена, которая смешивается с цементной суспензией и технологической добавкой в раздатчике 5. Благодаря технологическим добавкам, пенобетон схватывается через – 5-10 минут, а через 8 часов достигает манипуляторной прочности около 1,0 МПа. Установка компактна, но высокопроизводительна, что позволяет производить безавтоклавный пенобетон в условиях строительной площадки.