14.07.2008 15:47:25
По данным госстатистики, строительный комплекс Краснодарского края в первом полугодии 2005 года в Южном Федеральном округе по многим показателям занимает первое место. На Кубани за шесть месяцев было построено и сдано в эксплуатацию более 900 тысяч квадратных метров жилья.
Набирает обороты строительство и в других регионах России. Это выгодное вложение капитала, перспективная отрасль экономики. Специалисты стремятся к повышению качества возводимых объектов. Не случайно при строительстве зданий и сооружений все более востребованными становятся новые материалы и технологии, позволяющие снизить затраты застройщика и улучшить свойства построенных жилых домов и административных зданий. Например, в последнее время заметно возрос интерес к ячеистым бетонам. Это связано с ужесточением требований к теплозащите ограждающих конструкций зданий, применение традиционных стеновых материалов – кирпича и керамзитобетона – уже им не соответствует.
О новых разработках в получении изделий из пенобетона пониженной плотности мы попросили рассказать Виктора Федоровича ЧЕРНЫХ, профессора, кандидата технических наук, Заслуженного изобретателя РФ, заведующего с 1978 года кафедрой производства строительных изделий и конструкций факультета строительства и управления недвижимостью Краснодарского государственного технологического университета.
– Научно-исследовательскую работу на кафедре мы ведем в направлении создания новых материалов и технологий. С участием сотрудников кафедры разработаны технология производства декоративных плит под мрамор и легкого бетона с высокими теплозащитными свойствами (стиропорпенобетона), составы комплексных добавок для модификации свойств бетонов, а также технологическая линия неавтоклавного пенобетона на отечественном оборудовании и сырье. Технология неавтоклавного пенобетона, разработанная кафедрой совместно с РНТЦ «Стройтехнология», не уступает немецким аналогам, при этом ее реализация обходится гораздо дешевле. Технология внедрена на предприятиях Краснодара – ЗАО «Завод ЖБИ–2», в Калининграде и в других регионах страны. На ряде предприятий эта работа велась под руководством кандидата химических наук, доцента кафедры физики Александра Филипповича Маштакова. Нами разработаны конструкция пеногенератора, состав сырьевой шихты и пенообразователя. Его выпуск организован в городе Новочеркасске. Наш выпускник Владимир Ницун, кандидат технических наук, стоял у истоков регионального научно-технического центра «Стройтехнология» по внедрению в производство пенобетона. Александр Макарец, кандидат технических наук, директор научно-производственной фирмы «Блок–93», организовал производство пустотных блоков из мелкозернистого бетона, из которых построено несколько зданий в Краснодаре. Для заполнения пустот в стене можно использовать различные теплоизоляционные материалы. Например, пенобетон с добавлением рисовой шелухи по технологии, предложенной кандидатом технических наук Алексеем Щибря. В настоящее время в Краснодарском крае фирмой «СЭНЭМИ» организовано производство неавтоклавного газобетона. Наш выпускник работает там технологом. Недавно они закупили и начали осваивать резательную установку в Калуге.
– Давайте подробнее остановимся на производстве пенобетона.
– В России наиболее распространен автоклавный способ производства ячеистых бетонов, хотя многие исследователи указывают на положительные стороны неавтоклавного способа. Полная эксплуатационная усадка неавтоклавных ячеистых бетонов и их автоклавных близнецов примерно одинакова. В то же время старение неавтоклавного бетона увеличивает его прочность, автоклавного же, как правило, уменьшает. Необходимо лишь найти пути управления кинетикой усадки неавтоклавных ячеистых бетонов, над чем мы сейчас и работаем. А увеличить производство этого эффективного стенового материала можно за счет строительства малых заводов, цехов и создания мобильных пенобетонных установок для монолитного строительства.
Основными факторами, определяющими свойства пенобетона, являются характеристики материалов и технологические параметры. Для заполнителя основными характеристиками являются следующие: модуль крупности, содержание оксида кремния, содержание фракции более 1,5 мм и менее 0,315 мм, содержание глинистых и илистых частиц. Для цемента важны предел прочности при сжатии, тонкость помола, сроки схватывания, вид и количество добавок, наличие признаков ложного схватывания, совместимость с пенообразователем.
Среди технологических параметров большое значение имеют следующие:
– вид технологии: готовый раствор плюс пена, сухая минерализация, приготовление пенобетона при избыточном давлении, механическое образование пены в растворе, образование пены вакуумированием раствора, комбинации нескольких способов;
– технологические добавки: пластификаторы, ускорители схватывания и твердения, воздухововлекающие, пенообразователи, комплексные химические добавки, стабилизаторы пены;
– процесс перемешивания: дозировка компонентов, водотвердое отношение, порядок загрузки компонентов, интенсивность перемешивания, время от начала перемешивания компонентов до подачи пены, время перемешивания с пеной;
– приготовление пены: концентрация пенообразователя, кратность, плотность, размер основной массы пузырьков, стойкость пены на воздухе, стойкость пены в цементной системе;
– формование и твердение изделий: температура смеси, тепловлажностная обработка или естественное твердение, время набора определенной прочности (распалубочной или под резку), время набора отпускной прочности, способы упаковки и транспортировки.
– Однако если бы дело было только за этим, мы бы уже давно все строили из пенобетона. Видимо, в производстве есть «подводные камни»?
– Да, внедрение технологии пенобетона на предприятиях, где к его выпуску приступили впервые, сопряжено с рядом организационных и психологических трудностей. При выпуске пенобетонных изделий требуется высокий уровень технологической дисциплины и культуры производства: необходимо обеспечить точность дозировки, соблюдение технологических режимов, лабораторный контроль основных параметров при приготовлении пены и ячеистой смеси, а также формовании и последующих условиях твердения. Но часто после приобретения оборудования на предприятиях не хотят осваивать и совершенствовать технологию. А это наносит ущерб качеству и иногда даже дискредитирует пенобетон.
Кроме того, при использовании баросмесительной установки изменение давления приводит к нарушению структуры, вспучиванию после заливки массы и ее осаждению. Если требуется получить пенобетон низкой плотности, приходится увеличивать расход воды, при этом устойчивость структуры резко снижается. Опыт показывает, что при использовании стержневого смесителя совместно с пеногенератором (супермиксером) трудно обеспечить постоянство технологических параметров, что может привести к появлению брака. Этот недостаток, на наш взгляд, может быть устранен только с помощью химических добавок.
Установки, в которых в качестве пеногенератора используется героторный насос, обеспечивают хорошее смешивание, но дают всего 40–45 литров пены в минуту, что ограничивает их производительность. Использование в пенобетонных установках поршневых насосов, применяемых для проведения буровых работ, затрудняет получение пенобетона со средней плотностью ниже 600 кг/м3, т.к. эти насосы разрушают структуру пенобетонной смеси. Кроме того, они ограничивают производительность установки, которая не превышает 2–2,5 м3/ч.
– Есть ли зависимость качества и свойств пенобетона от используемых при его производстве компонентов?
– Сотрудниками кафедры производства строительных изделий и конструкций КубГТУ и регионального научно-технического центра «Стройтехнология» были проведены исследования зависимостей свойств пенобетона от применяемого цемента, вида и свойств пенообразователя, а также исследования по разработке конструкции пеногенератора. В результате мы внедрили технологию пенобетона на производственной базе ЗАО «Завод ЖБИ–2» города Краснодара. На это потребовалось всего 4 месяца. Совместно с Новочеркасским заводом синтетических продуктов был разработан улучшенный состав пенообразователя, позволяющий получать устойчивую пену с плотностью 55–70 кг/м3, стойкую в цементном тесте. Разработанная технология рассчитана как на изготовление пенобетонных блоков, так и на монолитное строительство (мобильная пенобетонная установка) и не уступает по основным показателям зарубежным аналогам, а ее реализация обходится гораздо дешевле.
Уже несколько лет ЗАО «Завод ЖБИ–2» осуществляет промышленное производство стеновых блоков из неавтоклавного пенобетона. Изготовляются стеновые блоки размером 390х190х188 мм и перегородки размером 588х144х300 мм в соответствии с техническими условиями ТУ–5741–002–31820565–97 «Блоки стеновые пенобетонные». Марка бетона по средней плотности в сухом состоянии изменяется от 800 до 1200 кг/м3. Предпринимались попытки снизить среднюю плотность до 500–600 кг/м3, однако это приводило к значительному снижению прочностных показателей. Положение осложняется тем, что в стране не производятся специальные цементы для изготовления пенобетона (с низкой нормальной густотой, укороченными сроками схватывания). Кроме того, некоторые цементы обладают ложным схватыванием, содержат большое количество добавок, а их активность не соответствует паспортным данным. Для получения пенобетона пониженной плотности и с требуемыми прочностными показателями необходим системный подход, который учитывает совместное влияние основных факторов на свойства конечного продукта – пенобетонного изделия.
Одним из решающих факторов является выбор вяжущего вещества. Мы испытали портландцементы различных заводов с точки зрения пригодности для получения пенобетона и сочетания их с различными пенообразователями и химическими добавками. И пришли к выводу, что целесообразно использовать портландцементы Д–0, Д–20 и БТЦ Новороссийского завода «Пролетарий» М500 и выше при условии их соответствия стандарту по прочности и тонкости помола.
– На кафедре, насколько мне известно, также велись исследования по подбору пенообразователя.
– Результаты исследований по получению пен и изучению их свойств показывают, что процессы пенообразования являются очень сложными из-за совместного влияния различных физико-химических, физико-технических и других факторов. В зависимости от условий проведения конкретного технологического процесса существенно меняются и закономерности, обуславливающие образование пены и ее свойства. При этом трудно учесть влияние переменных параметров и теоретически обобщить экспериментальные данные, полученные различными исследователями. Свойства пен при одних и тех же внешних факторах определяются составом пенообразующего раствора, а также условиями пенообразования. Кроме того, свойства пены (кратность, стабильность) зависят от условий ее применения в последующем технологическом процессе. Так, при получении пенобетона очень важно сохранение пены в условиях воздействия щелочной среды, при механическом перемешивании пены и цементной системы, при формовании изделий.
– Какими же должны быть пенообразователи?
– На мой взгляд, для возрождения пенобетона на новом техническом уровне необходимо разрабатывать и использовать пенообразователи, удовлетворяющие следующим требованиям.
Они должны содержать, при заданной плотности пены, в 3–4 раза меньше органического вещества по сравнению с традиционными пенообразователями, для чего при небольших концентрациях они должны резко снижать поверхностное натяжение на границе вода–воздух, а также сохранять стабильность при перемешивании с цементной системой и оказывать минимальное отрицательное воздействие на свойства цементного теста и камня (сроки схватывания цемента, прочность изделий и темпы ее роста в ранние сроки твердения).
Мы продолжаем изучение свойств эффективных пенообразователей, способных давать устойчивую пену с достаточной кратностью. Как правило, пригодность пенообразователя оценивается по кратности и стойкости пены на воздухе, в некоторых случаях по стойкости пены в цементной системе или коэффициенту использования пены. Это необходимые, но недостаточные показатели, ведь сами пенообразователи оказывают большое влияние на скорость набора прочности и строительно-технические свойства пенобетонных изделий. Так, пенообразователь «Поток» обеспечивает получение пены с достаточно высокой кратностью (порядка 20), но имеет низкий коэффициент использования пены. В случае применения пенообразователя на основе ПО–6К получается пена с хорошей кратностью и стойкостью в цементной системе, но сильно замедляется процесс твердения пенобетона.
Кроме отмеченных показателей пенобетона, большое значение имеет его стоимость с учетом удельного расхода на 1 м3, которая не должна превышать 10–20% удельной стоимости сырьевых материалов. Конечно, есть немецкий пенообразователь, но он в четыре раза дороже отечественных.
Как показали наши исследования, для этой цели подходит пенообразователь на основе смеси вторичных алкилсульфатов натрия, разработанный учеными кафедры совместно с сотрудниками Новочеркасского завода синтетических продуктов. Стоимость его составляет менее 10% от стоимости вяжущего вещества.
– А комплексными добавками можно улучшить показатели пенобетона?
– Применение разработанных нами комплексных химических добавок дало возможность получить устойчивую пенобетонную смесь и достаточно хорошие показатели пенобетона пониженной плотности при относительно низких расходах цемента. Наши ученые выяснили механизм взаимодействия различных вяжущих веществ с применяемыми пенообразователями. Результаты исследования успешно внедрены на Калининградских предприятиях стройиндустрии. В качестве вяжущего вещества применялись портландцементы Акмянского и Старооскольского заводов. Результаты испытаний производственных замесов позволяют сделать вывод, что комплексная химическая добавка, вводимая в пенобетонную смесь, дает возможность получить устойчивую пенобетонную смесь и достаточно хорошие показатели пенобетона пониженной плотности при относительно низких расходах цемента. Сокращение расхода цемента достигнуто за счет добавки кварцевого песка. Естественно, что на одном цементе прочностные показатели были бы еще выше. Добавка песка была применена с целью уменьшения усадочных явлений при твердении пенобетонных блоков. Для безавтоклавных бетонов ККК=70–85. В нашем случае коэффициент конструктивного качества для плотности 500 кг/м3 равен 108, а для плотности 600 кг/м3 – 94,4%. Подробнее об этом можно прочесть в научной работе «Получение изделий из пенобетона пониженной плотности (опыт практической реализации)», написанной мною в соавторстве с А. Маштаковым, кандидатом химических наук, преподавателем Кубанского государственного технологического университета, В. Огульяном, инженером ООО «Евробалтстрой», и А. Столяровым, кандидатом биологических наук Карачаево-Черкесского филиала Ростовского государственного университета.
– Что в планах кафедры на ближайшее время? Каковы, на ваш взгляд, перспективы производства пенобетона в России?
– Работа по получению пенобетона плотностью меньше 700 кг/м3 продолжается. В лабораторных условиях получен пенобетон с плотностью 205, 310, 490, 580 и 690 кг/м3 и пределом прочности при сжатии через 28 суток 0,45; 1,4; 3,6; 4,8 и 7,5 МПа соответственно. На одном из предприятий Зеленограда (Московская область) по нашей технологии начали выпускать в промышленном масштабе пенобетонные изделия с размером 600х300х200 мм и маркой по плотности ДЗОО.
Мы занимаемся разработкой широкого спектра комплексных добавок, которые проверяются экспериментальным путем на совместимость с цементами различных заводов и пенообразователями. Совместное сочетание добавок разных классов позволяет получить такие составы, которые способствуют ускорению оборачиваемость форм. Также мы занимаемся разработкой составов для кладки пенобетонных блоков и для их штукатурки. В настоящее время эти вопросы решены не до конца. Одним из путей улучшения сцепления растворов с пенобетоном является применение полимерных волокон, которые одновременно повышают его трещинностойкость, а также использование комплексных химических добавок многоцелевого назначения и разработка с их применением кладочных и штукатурных составов.
По поводу перспектив внедрения производства пенобетона и его использования в строительстве могу сказать, что только в 2003 году в России на 40 установках изготовлялось 1 млн. 400 тысяч кубометров автоклавного бетона, на 200 установках производилось 600 тысяч кубометров неавтоклавного пенобетона. К 2020 году предполагается увеличить производство и того, и другого в 10 раз. Пока производство неавтоклавного пенобетона тормозит низкая производительность. Если производительность меньше 6–8 тысяч кубометоров в год, то предприятие будет нерентабельно, а малые предприятия не в состоянии нарастить обороты. С учетом достижений науки при решении вопроса трещиностойкости, улучшения сцепления штукатурного слоя с пенобетоном у производства пенобетона есть хорошие перспективы. Это качественный и современный строительный материал с высокими показателями.