Введение
В настоящее время при возведении малоэтажных сооружений, таких как коттеджи, «теплые» гаражи, в сельском строительстве и т.п. все более широкое применение получил легкий бетон [1], последний отличается от прочих долговечностью и эксплуатационной совместимостью с конструкционными материалами, экологической и пожарной безопасностью, относительно простой технологией производства и распространенностью сырья (чаще всего - местного). К тому же экономические условия в России предопределяют подобный подход к выбору эффективных строительных материалов, отвечающих требованиям по энергосбережению и повышению энергетической эффективности в строительстве.
Определено, что параметры качества пенобетона зависят от стабильности свойств пенообразователя, вяжущего, тонкодисперсных наполнителей, технологических факторов, в том числе - технологии приготовления и условий твердения изделий.
Потерю устойчивости легкого пенобетона можно рассматривать как на микроуровне, т.е. отдельной межпоровой перемычке, так и на макроуровне - по отношению к выделенному единичному объему.
Для обеспечения устойчивости пен необходимо достижение кинетической устойчивости внутри пенной матрицы за счет сродства частиц твердой фазы и пены. Это достигается созданием условий для взаимного притяжения пузырьков воздуха и частиц твердой фазы, благодаря действию электростатических взаимодействий. Рекомендуется домалывать цемент и песок (а также использовать мелкодисперсные пески), применяемые для изготовления неавтоклавных теплоизоляционных пенобетонных изделий, вводить в смесь тонкодисперсные наполнители - “минерализаторы” (карбонатсодержащие отходы).
Существенное влияние на усадку смеси также оказывает В/Т. При его снижении практически весь объем жидкой фазы сравнительно равномерно заполняется твердыми частичками, и отсутствуют объемы жидкой фазы без присутствия твердой. Напротив, при увеличении В/Т упаковка твердых частичек в объеме жидкой фазы уже не в состоянии “забронировать” весь свободный объем межпленочной жидкости. В результате уменьшается устойчивость воздушных пузырьков и происходит усадка смеси.
В целом, решение вопросов о формировании макроструктуры легкого пенобетона требует более глубокого анализа ее зависимости от технологических факторов и более тонкого соблюдения режимов приготовления пенобетонной смеси, состава и свойств исходных компонентов.
Проведенный анализ показывает, что оптимальное направление развития индустрии стеновых материалов - создание разветвленной сети малых заводов и цехов по производству стеновых блоков и пазогребневых перегородочных плит из безавтоклавного бетона, а также монолитное домостроение из такого бетона с помощью передвижных установок для заливки стен, перекрытий и теплоизоляции. Реализация этого направления требует создания технологии и механизмов, зависимость которой от параметров окружающей среды, квалификации рабочих, кондиционности сырьевых материалов будет проявляться в наименьшей степени. Этим условиям в значительной мере отвечает технология пенобетона.
1. Аналитический обзор оборудования
Стационарные устройства
Конструкции комплексов: установка приготовления смесей для производства изделий из пенобетона; установка для получения и транспортирования пенобетонных смесей [4,стр.13-14] позволяют производить пенобетон в широком диапазоне средних плотностей (2001200 кг/м3) и обеспечивают высокую точность поддержания заданной плотности материала. Установки могут оснащаться системой пневматического перекачивания пеномассы. Масса установки с емкостью для хранения вяжущего, кремнеземистого компонента и пенообразователя от 5 до 12 т, энергооснащенность 26-42 кВт.
Технологическая линия для производства строительных изделий из неавтоклавного пенобетона [3,стр.6] отличается тем, что технологический процесс предусматривает выпуск пенобетонных изделий с формированием массивов размером 6005883500 мм с последующим их разрезкой и пропариванием. Цех по производству мелких стеновых блоков состоит из склада цемента, отделения приемки песка, помольного, смесеприготовительного и формовочного отделений, склада готовой продукции, котельной и компрессорной. Технологический процесс изготовления пенобетонных изделий состоит из следующих стадий: приема и переработки сырьевых материалов, дозирования компонентов, приготовления пены, приготовления ячеистобетонной смеси, формования, разрезки, тепловлажностной обработки, упаковки и складирования готовой продукции. Масса оборудования - 92 т, удельный расход потребляемой электроэнергии - 100 кВт·ч на 1 мі.
Принципиальное отличие отечественной технологии в том, что технология "Новостром" включает в себя этапы перемешивания пеномассы под избыточным давлением с последующим транспортированием бетона-полуфабриката к месту строительных работ по трубопроводу на расстояние более 200 м и высоту 30 м. В этой технологии герметичный смеситель на втором этапе используется как камерный насос. Основной объем пор образуется в момент выхода пеномассы из растворопровода через гаситель. В этой технологии исключена механическая порча пузырьков пены при транспортировании сырого пенобетона [5,стр.З]. Производительность установки 5-7 мі/час, суммарная мощность электродвигателей - до 40 кВт.
Описанные выше схемы характеризуются одинаковыми физическими способами получения пены, и вовлечением в нее кремнеземистых составляющих. Приготовление пенобетона осуществляется в пенобетоносмесителе периодического действия. Пенобетономешалка типа "Строитель" емкостью 500 л состоит из пеновзбивателя, растворного барабана и смесителя. Также применяются и пенобетоносмесители на 750 л, отличающиеся наличием пневматического приспособления для открывания и закрывания растворного барабана и смесителя, типом лопастей и устройством дозирования воды и цементно-песчаного шлама. Пена приготавливается из пенообразователя и воды в пеновзбивателе при скорости вращения лопастей 200-250 об/мин [6,стр.52].
Следующая технологическая линия по выпуску пенобетонных блоков может быть стационарной и мобильной. Ее можно использовать также и для монолитного домостроения. Отдозированная порция цементно-песчаного раствора загружается в бетоносмеситель принудительного действия, где она перемешивается с дополнительным количеством воды. Затем в пенообразователь с использованием датчика времени подают пену, полученную в парогенераторе, и смесь продолжают перемешивать до получения однородной ячеистобетонной смеси. В конструкции пеногенератора раствор пенообразователя и воздух от компрессора подаются в камеру предварительного смешения перпендикулярно друг другу. В результате механического воздействия происходит хорошее предварительное усреднение этих двух потоков. При этом происходит интенсивное образование пеновоздушной смеси, которая направляется в основную часть аппарата, где происходит добавление пенных пузырьков и их стабилизация [7,стр.4]. На выходе из пеногенератора получается мелкодисперсная, однородная и устойчивая пена с плотностью 65-70кг/мі, которая позволяет применять естественный кварцевый песок без дополнительного измельчения, что существенно упрощает технологический процесс.
Установка для приготовления пенобетона см [4,стр.10] позволяет изготавливать конструктивно-теплоизоляционные стеновые блоки плотностью 500-700 кг/м3 и теплоизоляционные плиты плотностью 120-400 кг/мі, кроме того, можно получать пенобетон для изготовления армированных плит перекрытия плотностью 800-1200 кг/м3. Рекомендуется данная установка, прежде всего на заводах ЖБИ и КПД. При этом используются существующие узлы приема, подачи и дозирования, вяжущих и заполнителей, пропарочные камеры и парк форм после их модернизации. Для организации производства требуется монтаж на существующих площадях пенобетонной установки, включающей стержневой смеситель, пеногенератор и пенобетоносмеситель [6,стр.10]. В качестве пенообразователя могут быть использованы различные органические пенообразователи, получаемые на основе натурального протеина, и синтетические, получаемые при производстве моющих средств на различных химических комбинатах.
Технология блоков заключается в следующем: исходные сырьевые материалы (цемент, песок или шлак) в заданном соотношении подвергаются механической активации в стержневом смесителе и подаются в пенобетоносмеситель. Раствор пенообразователя из бака постоянного уровня непрерывно поступает в пеногенератор, где смешивается с воздухом и интенсивно обрабатывается до получения тонкодисперсной пены, которая затем непрерывно подается в пенобетоносмеситель. Активированная смесь цемента и заполнителя, пена и вода перемешиваются в пенобетоносмесителе до получения однородной с пенобетонной мелкопористой формовочной массы, которая непрерывно поступает в приемное устройство узла формования [10,стр.18].
Мобильные установки
Наиболее широкое распространение получили именно мобильные пенобетонные установки. Их применение наиболее эффективно в жилищном строительстве. Перспективное решение проблемы устройства теплоизоляционных слоев - использование пенобетонов, возможно двумя способами. Первый - приготовление пенобетона на стационарной установке, расположенной у объекта, и перекачивание готовой смеси по шлангам к месту укладки. Второй - приготовление пенобетона на малогабаритном передвижном механизированном комплексе, который может перемещаться с этажа на этаж и из помещения в помещение через дверные проемы непосредственно к месту заливки.
В комплекс оборудования для приготовления и укладки пенобетонов "сухой минерализации" [1,стр.41] входят технологические линии приготовления пены и пенобетонной смеси. Для приготовления пены рабочий раствор пенообразователя подается насосом-дозатором в пеногенератор, одновременно туда же поступает сжатый воздух от компрессора. Приготовленная пена непрерывно поступает в пенобетоносмеситель, в который одновременно шнековым дозатором подается вяжущее, и все перемешивается.
Оборудование по [2,стр.4] скомпоновано в виде мобильной установки, позволяющей без переналадки производить и транспортировать по трубопроводу пенобетон плотностью 200-550 кг/м3 (теплоизоляционный пенобетон) и плотностью 550-1000 кг/мі (конструкционно-теплоизоляционный пенобетон) на большие расстояния. Давление сжатого воздуха до 0,7 МПа.
Передвижная станция пенобетонов приобъектного приготовления для монолитного строительства [8,стр.9] смонтирована в закрытом конвейере транспортных габаритов и включает в себя три технологические линии: приготовления пены, затем пенобетонной смеси и транспортирование ее к месту укладки. Линия приготовления пены состоит из баков запаса рабочего раствора пенообразователя для приготовления рабочего раствора пенообразователя, дозированного и запаса пенообразователя товарной консистенции; насоса-дозатора, пеногенератора и оснащена необходимой запорной и регулировочной арматурой. Линия приготовления пенобетонной смеси включает в себя бункеры запаса вяжущего с рукавным фильтром и вибратором заполнителя со скиповым подъемником, дозаторы вяжущего и заполнителя и пенобетоносмеситель. Пенобетоносмеситель, спаренный из двух скоростных вертикальных турбулентных смесителей, позволяет получать пенобетонные смеси с пониженным водо-твердым отношением и улучшенными структурными характеристиками. Подобная технологическая линия, оснащенная баросмесителем, где и происходит перемешивание пены и песчано-цементной смеси при давлении 4 атм.
Настоящая технология [10] позволяет изготавливать пенобетон непосредственно на объекте строительства путем применения компактного пеногенератора. Главным элементом пеногенератора является пропорционально работающий пневмонасос, приспособленный под всасывание дозированного объема воды и пенообразователя. На выходе пеногенератора получаем пену, которая впоследствии смешивается на миксере или бетономешалке с песчано-цементным раствором. Готовый пенобетон в жидком состоянии подается в формы или непосредственно в опалубку. Кроме того, разработан мобильный малогабаритный пенобетоносмеситель [11] аналогичной конструкции, но большей производительности - 2м3/ч.
Основное назначение агрегата [9] - получение пенобетонов малой плотности. В состав агрегата входит смеситель емкостью 200 л, совмещенный с пеногенератором, представляющий собой высокооборотный ротор с самостоятельным приводом, совершающий одновременно вместе с лопастями смесителя круговое (планетарное) движение. Предусмотрены также емкости для дозирования компонентов, приемный бак для готовой смеси и растворонасос. Последовательность операций: загрузка сыпучего компонента (цемента), заполнение второго дозатора водой, введение в воду затворения пенообразователя и других добавок, предварительное перемешивание, включение привода ротора и приготовление пеномассы, заполнение пеномассой приемного бака, перекачка бетона к месту укладки. Предусматривается возможность подачи пенобетона по шлангам на расстояние по горизонтали до 40 м, по вертикали - до 15 м.
Кроме вышеописанных установок выпускаются малогабаритные установки приготовления и транспортирования пенобетона [6]. Установка "УПТП" отличается лишь тем, что предварительное смешивание цементно-песчаной смеси осуществляется в горизонтально-роторном смесителе. Все технологические операции аналогичны классической технологии.
Полигонные приспособления
Станции для монолитного домостроения имеют несколько большие размеры, чем мобильные. Это объясняется необходимостью обеспечения достаточно большой производительности на один замес. Как правило, их устанавливают в непосредственной близости к нескольким малоэтажным домам частной застройки, и по трубопроводам обеспечивается подача пенобетонной смеси к опалубкам. Заливка должна обеспечиваться за три приема: до уровня подоконника; до уровня верхнего откоса; межэтажное перекрытие. Российскими специалистами создана универсальная пенобетонная установка [4], в которой, в отличие от изделий фирмы "Neopor" (Германия), перемещение смеси происходит под избыточным давлением в подающем трубопроводе, что обеспечивает получение пенобетона с низкой плотностью.