28.05.2008 00:02:06
Технологический регламент производства неавтоклавных пено- и газо бетонов изобилует нюансами и ноу-хау. Очень часто суть новшеств и их научное объяснение доподлинно неизвестны, однако это не мешает, тем не менее, их активно использовать. В этой связи весьма интересно попытаться вычленить какие-то наиболее «узкие» места и попытаться найти им научное объяснение. А зная болезнь, уже один шаг до разработки лечебного курса.
На начальном этапе освоения производства пено- и газобетонов неавтоклавного твердения фактор стабильности характеристик производимой продукции во многом вторичен, и на него практически никто и никогда не обращает внимания. Но именно на этом этапе как раз и закладываются самые серьезные огрехи и упущения, которые потом очень сложно, а порой и невозможно исправить без новых серьезных капиталовложений. Очень часто начинающие пенобетонщики, затратив уйму сил, времени и денег и, наконец-то, освоив производство пенобетона, с высоты накопленного опыта вдруг начинают осознавать, что все было впустую – нужно опять все начинать заново.
Поэтому подбирать оборудование, учиться на нем работать, отлаживать технологический регламент нужно с непременным прицелом на будущее: когда производство пенобетона превратится из самоцели в механизм получения прибыли. Тогда главенствующими станут вопросы не столько обеспечения качества выпускаемой продукции, сколько стабильность этих качеств вне зависимости от внешних факторов.
А каковы могут быть эти внешние факторы? – Я бы их условно разделил на объективные и субъективные.
Объективные – они вне сферы нашего влияния. К ним можно отнести, к примеру:
- качество вяжущих;
- качество заполнителей;
- качество пенообразователей;
- степень совершенства оборудования и формоснастки;
и т.д.
Перечень субъективных факторов не столь однозначен и может очень сильно корректироваться местными реалиями. Не будем их детализировать все, а ограничимся пока только двумя – они в той или иной мере типичны.
1. Температурно-влажностный режим твердения пенобетона
На первый взгляд простое и очевидное требование – обеспечение надлежащих температурно-влажностных условий вызревания пенобетона – при детальном рассмотрении не столь уж и просто. А часто и трудновыполнимо без существенных затрат.
Если руководствоваться соответствующими техническими рекомендациями, то на первый случай можно ограничиться подбором соответствующих параметров внешней среды – в первую очередь температурой. И это будет достаточно справедливо для обыкновенных бетонов. Но пенобетоны и газобетоны неавтоклавного твердения привносят в этот вопрос свои коррективы, свойственные только этой разновидности бетонов. А именно – обеспечение равномерности температурно-влажностных условий вызревания по всему объему заливаемого массива с учетом особой ячеистой их структуры.
Ячеистые бетоны, как правило, изготавливаются с повышенным содержанием цемента. Мало того – цемент этот обычно высокомарочный, быстротвердеющий, кинетику гидратации его, к тому же, еще и часто искусственно подстегивают ускорителями. В результате всех этих мероприятий формируются предпосылки к повышенному тепловыделению цемента на начальных стадиях твердения.
Ячеистые бетоны, даже будучи в сильно увлажненном состоянии (в момент изготовления), тем не менее, достаточно хорошие теплоизоляторы. Вкупе с их высокой теплоемкостью в итоге формируются предпосылки для затрудненной миграции выделяющейся теплоты гидратации цемента из глубины массива наружу. Повышение температуры инициирует ускорение гидратационных процессов, что в свою очередь провоцирует еще большее тепловыделение – в результате получаем неуправляемую цепную реакцию по саморазогреву глубинных слоев.
В это время наружные слои залитого пенобетонного массива контактируют с металлической формоснасткой и выстуживаются. Так формируются предпосылки для создания значительного градиента температур между внутренними и наружными слоями залитого пенобетонного массива.
Определение численного значения этого температурного градиента для пенобетона еще ждет своего исследователя (хотя и удивительно, почему такой простой эксперимент не был проведен ранее). Но даже ориентируясь на данные, полученные в результате экспериментов с газобетоном неавтоклавного твердения, можно предположить, что разность температур будет весьма значительной, достигающей 40° и выше [см. Ружинский С., Портик А., Савиных А. Все о пенобетоне, 2006; http://www.ibeton.ru/a31.php].
С уверенностью можно также предположить, что и материал, из которого изготовлена формоснастка, способен или интенсифицировать или минимизировать указанный выше процесс. В стальных формах даже так называемый «теплый» бетон с температурой в момент заливки +35° выстужается, в то время как в абсолютно сходных условиях деревянная формоснастка способствует саморазогреву за счет тепловыделения и подъему температуры [см. Строительные работы в зимних условиях. Справочное пособие. – 1857; http://allbeton.ru/topic10090.html; Ружинский С., Портик А., Савиных А. Все о пенобетоне, 2006; http://www.ibeton.ru/a31.php]
Не следует упускать и некоторые другие моменты, являющиеся следствием температурных коллизий в твердеющем пенобетонном массиве. Форсированный саморазогрев и, как следствие, интенсификация гидратационных процессов не всегда могут рассматриваться как благое явление. Резкий подъем температуры способствует очень быстрому образованию кристаллических сростков и коллоидных оболочек новообразований. Эти оболочки мешают дальнейшему углублению процессов гидратации минералов цементного клинкера, которые в силу особенностей их химической природы наиболее интенсивно проистекают в разные сроки твердения. В итоге возможен даже сброс марочной 28-суточной прочности.
В случае, если пено- или газобетон изготавливаются с введением заполнителя (песка), температурный градиент между внутренними и наружными слоями твердеющего массива провоцирует миграцию влаги от периферии к центру. При разнице температур в 40° водопоглощающая способность песка разнится на порядок [см. Кириенко И. А. Бетонные и каменные работы на морозе. – 1962; Лыков А. В. Теория сушки – 1968; http://allbeton.ru/topic8127-100.html; Лыков А. В. Теория тепло- и массообмена; http://fizi.oglib.ru/bgl/6173.html; Пирадов А. Б., Бахтадзе М. Ш. Водопоглощение пористых легких песков. // Строительные материалы. – № 3. – 1972; http://allbeton.ru/topic8157.html; Ружинский С., Портик А., Савиных А. Все о пенобетоне, 2006; http://www.ibeton.ru/a31.php]. В итоге периферийные слои пенобетонного массива попросту обезвоживаются, а гидратация цемента фактически останавливается от недостатка воды.
В производство газобетона неавтоклавного твердения эффект температурного градиента привносит свою, своеобразную, присущую только этому технологическому регламенту, особенность. Сразу после начала вспучивания газобетона растущие газовые ячейки начинают интенсивно отсасывать воду из окружающего пространства для смачивания растущей собственной внутренней поверхности. Разность температур обуславливает не только разную скорость гидратационных процессов в цементном камне поровых перегородок, но и предопределяет разную скорость газообразования внутри и снаружи массива и формирует предпосылки к миграции влаги из периферийных слоев к внутренним. Теперь уже для смачивания собственной внутренней поверхности газовых пор [см. Фархад Х. Внутренний массоперенос: достоинство или недостаток? // Популярное бетоноведение. – №13 – 2006; http://www.ibeton.ru/a188.php; Лыков А. В. Тепло- и массоперенос. Том 2; http://fizi.oglib.ru/bgl/6416.html; Берлинер М. А. Измерение влажности. – 1973; http://allbeton.ru/topic8127-100.html]
Изготовление пено- и газобетонных изделий ведется, как правило, в открытых формах. Соответственно, на обращенных вверх поверхностях залитых блоков за счет испарения влаги также происходит дополнительное их охлаждение.
Многочисленным колебаниям качества пено- и газосиликатных блоков (сколы углов, трещины, отслоения, низкая трещиностойкость и т.д.) мы обязаны недостаточным вниманием к температурно-влажностным условиям на этапе заливки и вызревания.
Все вышеперечисленные факторы пока лишь тезисные. Предстоит углубленная работа с первоисточниками, возможно, натурные экспериментальные исследования, необходимые для того, чтобы давать конкретные рекомендации. Но уже сейчас можно с известной долей уверенности утверждать, что многочисленным и порой необъяснимым колебаниям качества пено- и газосиликатных блоков (сколы углов, трещины, отслоения, низкая трещиностойкость и т.д.) мы обязаны недостаточным вниманием к температурно-влажностным условиям на этапе заливки и вызревания. Решение данной проблемы видится в изготовлении формоснастки не из металла, а из материалов с меньшей теплопроводностью (фанера, дерево), дополнительном утеплении металлических форм при помощи накладных теплоизолирующих экранов, устранение сквозняков и т.д.
2. Снабжение сжатым воздухом пеногенерирующих устройств
Как известно, пеногенераторы, используемые в получении воздушно-механической пены для изготовления пенобетона по регламенту «традиционная технология», для своей работы нуждаются в сжатом воздухе.
Традиционно применяемые способы снабжения сжатым воздухом пеногенерирующих устройств внутренне противоречивы в отношении технических потребностей пеногенераторов и могут привнести существенный и неконтролируемый фактор нестабильности в технологический регламент. В конечном итоге все это выливается в «плавающую» плотность от замеса к замесу, нестабильностью работы пеногенератора и т.д.
Пеногенератору для работы нужен воздух низкого давления при его достаточно большом расходе.
В то же время в пеногенераторах, применяемых в настоящее время, в качестве воздухоснабжающего агрегата используются поршневые компрессоры, совершенно не отвечающие задачам пеногенерации, – они выдают сжатый воздух при сравнительно большом давлении, но малом расходе. Поэтому, чтобы обеспечить залповый расход воздуха в момент генерации пены, компрессоры снабжают соответствующими воздушными аккумуляторами – ресиверами.
В момент сжатия до высокого давления воздух в компрессоре нагревается. В зависимости от длительности его хранения в ресивере он может успеть охладиться.
Кроме того, сжатый воздух осушается, а влага из него собирается на дне ресивера.
В момент запуска пеногенератора происходит обратный процесс – сжатый воздух расширяется и охлаждается при этом. Осушенный воздух стремится насытиться водяными парами, поэтому идет очень бурное испарение влаги из водного раствора пенообразователя, что тоже способствует его значительному охлаждению.
По мере расходования воздуха из ресивера в зависимости от его объема и алгоритма работы компрессора возможны значительные колебания давления воздуха на входе в пеногенератор. Но так как дросселирующие устройства, регулирующие воздушный поток, весьма примитивны (как правило, это обыкновенные шаровые краны) и в принципе не обладают обратной связью по давлению, итоговый расход воздуха, проходящего непосредственно через пеногенерирующую головку, очень непостоянен.
Все вместе перечисленные факторы обуславливают значительные колебания параметров генерируемой пены, так как в каждый отдельный момент работы используется воздух с разными характеристиками. В начале работы пена имеет одни характеристики, по мере расходования воздуха из ресиверов – другие. В начале рабочей смены в пеногенератор поступает воздух одной температуры. В конце в результате прогрева компрессора и рессиверов – другой. В таких условиях ни о какой стабильности и воспроизводимости не может быть и речи.
На мой взгляд, одна из главных причин нестабильной и непредсказуемой работы пеногенераторов обусловлена нестабильностью параметров используемого воздуха. И при существующих ныне конструктивах пеногенерирующих устройств эту нестабильность практически невозможно устранить.
Одна из главных причин нестабильной и непредсказуемой работы пеногенераторов – нестабильность параметров используемого воздуха.
Кардинально решить проблему позволят центробежные, винтовые или пластинчатые компрессоры, которые выдают воздушный поток с параметрами, оптимальными для целей пеногенерации: большой расход при низком давлении. В этом случае также отпадает надобность в различных регулирующих устройствах, управляющих расходом пенообразователя и воздуха, а весь механизм управления пеногенератором можно будет свести к двум кнопкам – «Вкл» и «Выкл».