Анализ способов и технологических приемов поризации бетонных смесей при производстве ячеистого бетона 1.1. Сравнение основных свойств пено- и газобетонных технологий По способу создания ячеистой структуры бетона принципиально различают, два способа: газообразование и пенообразование. Газообразование — способ создания ячеистой структуры бетона, и принцип его заключается в одновременном протекании химической реакции между алюминииевой пудрой и щелочами бетонной смеси с последующим выделением поризующего газа - водорода. Преимущество газовой технологии состоит в относительно большей прочности получаемого бетона (таб. 1.1). Таблица 1.1 Сравнение основных свойств пено- и газобетонных технологий. Наименование технологических свойств | Пенобетон | Газобетон | 1. Использования в качестве поризатора: | да | да | 2. Образование ячеист. структуры бетона происходит: | да | да | 3. Строгое соблюдение температуры (Т~40°С) при приготовлении и образовании ячеистобетонной структуры: | нет | да | 4. Возможность транспортирования ячеистой смеси: | да | нет | 5. Получение вариатропного бетона: | нет | да | 6. Сравнительная прочность ячеистого бетона: | меньше | больше | 7. Относительно медленный набор структурной прочности бетона в начальный период твердения: | да | нет | 8. Прорыв межпоровых перегородок и объединение ячеистых пор при поризации растворной части бетона: | нет | да | 9. Анизотропия свойств бетона: | нет | да | 10. Относительная удельная стоимость бетона: | меньше | больше |
К недостаткам газовой технологии относится невозможность транспортирования бетонной смеси, сложности с управлением процессом вспучивания, появление дополнительных технологических операций по срезанию горбушки и ее утилизации. Кроме того, сложность поддержания требуемого температурного режима для стабилизации процесса вспучивания. В то же время требуется использование только тонкодисперсных компонентов для бездефектного вспучивания массы. Создание ячеистой структуры пенообразованием, на наш взгляд, можно классифицировать и разделять на два основных способа: 1. Пенопоризация - заключающийся в предварительном приготовлении технической пены и последующем ее смешивании с растворной составляющей приготовляемого пенобетона. A. Это обычный, классический (трехстадийный) способ приготовления пенобетона с раздельным приготовлением технической пены, поризуемого раствора в отдельных устройствах и в последующем их смешивании в отдельном смесителе. Двухстадийный - способ заключается в подаче пены в смеситель, где предваритель но приготовлен поризуемый раствор и производится смешивание до получения однородной пенобетонной смеси. Б. Способ сухой минерализации при использовании низкооборотного смесителя. Техническая пена низкой кратности приготавливается в пеногенераторе и подается в смеситель, в который равномерными порциями поступают сухие компоненты пенобетонной смеси, при непрерывном их перемешивании. Этот способ отличается от классического: - использованием пены низкой кратности;
- смешиванием сухих компонентов с технической пеной.
B. Способ, так называемой, «сухой минерализации» при использовании высокооборотного смесителя. В смесителе приготавливается техническая пена низкой кратности, с последующим введением в нее сухих компонентов пенобетонной смеси, при постоянном и быстром перемешивании. Этот способ отличается от классического: - использованием пены низкой кратности;
- смешиванием сухих компонентов с технической пеной в высокооборотном смесителе.
Практически - этот способ приготовления пенобетона сводится к способу аэрирования. 2. Способ приготовления пенобетонной смеси методом аэрирования, при котором все составляющие одновременно загружаются в высокооборотный смеситель и приготовление поризованной смеси производиться до получения ею необходимой плотности. Практически это известный способ воздухововлечения при приготовлении бетонных смесей. Т.А. Ухова описывает подобный способ и называет этот вид бетона - по-робетоном. Сущность технологии поробетона состоит в интенсивном одностадийном перемешивании сырьевых компонентов без предварительного приготовления пены. Отличительными особенностями технологии являются оптимизация гранулометрического состава компонентов сырьевой смеси; механохимическая активизация компонентов ячеистобетонной смеси; одновременное применение пено- и газообразующих добавок; комплексное использование пластифицирующих добавок и добавок ускоряющих процесс структурообразования в начале твердения. Это способ по порообразованию ячеистой структуры бетона выделен авторами. Однако в этом способе используется пенообразователь (или воздухововлекающая добавка) и скоростной смеситель, что в совокупности представляет способ - аэрирования. Известны и применяются разновидности этих способов и их сочетание в различных комбинациях: способ изготовления пенобетона в вакууме, аэрирование бетонной смеси под давлением и другие. Окончание XX столетия характеризуется стремительным развитием технологии неавтоклавного бетона, как в научном, так и в производственном плане. Увеличение объема изготовления мелкоштучных изделий и монолитной теплоизоляции, в большей степени, произошло за счет использования технологии пенобетона. Внедрение результатов ряда теоретических и технологических научно-исследовательских работ, выполненных в России и Украине, а также производство высокоэффективных пенообразователей, использование новых технологических приемов приготовления пенобетонной смеси, позволило увеличить производство пенобетонных изделий в несколько раз. Технологическое развитие производства неавтоклавного пенобетона характеризуется несколькими этапами. Так, с 30-х гг. в заводских условиях естественного твердения изготавливались изделия, которые использовались в жилищном и промышленном строительстве. С индустриализацией производства сборного железобетона, в технологии ячеистого бетона больше используется тепловая интенсификация твердения, которая проводится паром с использованием теплоносителя пара - в ямных пропарочных камерах или электропрогрева - в индивидуальных формах. Неавтоклавный бетон широко использовался в строительстве жилых домов в Ангарске, Воркуте и Норильске, а с использованием золы: - в Донбассе, Нижнем Тагиле и в Иркутске. Первый опыт производства пенобетона неавтоклавного твердения проходил, когда вопросы эксплуатации зданий в разных условиях не были достаточно изучены. Взаимосвязь и влияние технологических факторов производства пенобе-тонных изделий на усадочные процессы, бетона их влияние на долговечность и эксплуатационные характеристики конструкций, в некоторых случаях имели неудовлетворительные результаты. Так, применение сырья высокой водопотребности и тепловой обработки насыщенным паром увеличивало влажность и усадку, снижало долговечность бетона конструкций. Достижение ими равновесной влажности при эксплуатации изделий сопровождалось порой развитием недопустимых значений усадки ячеистого бетона. Крупноразмерные ячеистобетонные ограждающие конструкции отличались низкой трещиностойкостью и морозостойкостью, а иногда необоснованно использовались без специальной защиты в агрессивных средах эксплуатации с повышенной влажностью. Используемые некоторые виды отделки изделий не обеспечивали их защиту и долговечность в процессе эксплуатации здания. Так, например, для наружной отделки панелей использовался паронепроницаемый слой плотного цементного раствора. В результате накопления влаги в ограждающей конструкции в бетоне развивались деструктивные процессы, которые снижали экс-плутационные характеристики. В ряде случаев причиной разрушений конструкций являлась недостаточная защита арматуры от коррозии. Но, там где применялись меры по защите от увлажнения конструкций и защите арматуры от коррозии, изделия из ячеистого бетона неавтоклавного твердения имели расчетные эксплутационные характеристики и обладали необходимой долговечностью. В последующий годы объем производства пенобетона неавтоклавного твердения снизился в результате перевода части предприятий на автоклавное твердение и в дальнейшем, на газовую поризацию бетона. Определенное значение на снижение объема производства неавтоклавного бетона имели выводыкомиссии Госстроя СССР по анализу причин разрушения и неудовлетворительного состояния конструкций из неавтоклавного бетона в некоторых зданиях, которые нацеливали в основном на производство бетона автоклавного твердения. По ряду этих и др. причин, научно-исследовательские работы в области технологии пенобетона были прекращены, производство его снизилось до 5-7% в общем объеме изготовления ячеисто-бетонных изделий. Однако некоторые предприятий длительное время производили неавтоклавный пенобетон с технологическими решениями 50-х годов. Так, например, в г. Днепропетровске комбинат промышленных предприятий треста «Мин-транстрой» с 1948 по 1993 года изготавливал пенобетонные мелкоштучные теплоизоляционные изделия. Санкт-Петербургский теплоизоляционный завод и в настоящее время выпускает качественную пенобетонную продукцию, используя при этом клееканифольный пенообразователь, а автоклавные теплоизоляционные изделия, имеют высокий коэффициент конструктивного качества. Ряд научно-исследовательских коллективов в 60-70 гг. продолжили работы по технологии неавтоклавного ячеистого бетона с использованием пенной поризации. В Ленинграде - О.Н. Крашенинников, К.В. Зотова и др.; в Москве - А.П. Меркин, Р.А. Гаджилы, Т.Е. Кабидзе, Е.А. Зудяев, И.Г. Сезезнев и др.; в Киеве И.Б. Удачкин, Т.Н. Назарова и др.; в Днепропетровске - Г.Д. Дибров, В.А. Еременко, В.А. Мартыненко. При этом проводимые исследования были направлены на разработку и применение новых пенообразователей другого поколения и эффективных технологических приемов поризации бетонной смеси. Так, под руководством проф. А.П. Меркина разрабатывается «метод сухой минерализации» и двойной поризации бетонной смеси. Профессор И.Б. Удачкин разрабатывает «баротехнологию» для приготовления пенобетонной смеси аэрированием в закрытом смесителе с избыточным давлением. В Днепропетровском инженерно-строительном институте на кафедре технологии бетонов и вяжущих с 80 гг. под руководством члена-корреспондента АН УССР, проф. Г.Д. Диброва проводилась научно-исследовательская работа по поризации ке-рамзитобетона вязкой технической пеной. Результаты НИР по неавтоклавному теплоизоляционному пенобетону были внедрены в 1984 г. на Светловодском заводе быстромонтируемых зданий при изготовлении комплексных плит покрытий. Тогда были обоснованы технологические преимущества пенобетонной технологии, котор-ые подтверждены практическим использованием результатов НИР на ряде предприятии Украины. Отличительной особенностью Светловодской пенобетонной технологии является использование качественного недорогого отечественного пенообразователя - СДО (Перечинского лесохимического комбината), и мелкодисперсных (SУд=2200-2500 см2/г) отходов дробления гранитных пород. Приготовление пе-нобетонной смеси осуществляется в модернизированном стандартном смесителе и с последующей ее подачей к постам укладки по бетоновозным эстакадам.
Дополнительно в типовой секции БСЦ установлен разработанный и используемый, по настоящее время, циклический пеногенератор (рис. 1.1). Такой пеногенератор и некоторые разработанные технологические приемы приготовления пенобетонной смеси в ДИСИ и в настоящее время используются на некоторых предприятиях Украины по производству пенобетонных изделий. 
Рис. 1.1. Пеногенератор циклического действия, используемый на Светловод-ском заводе БМЗ и Головном заводе ЖБИ для приготовления вязкой технической пены при изготовлении пенобетонной теплоизоляции. Развитием научно-исследовательских работ ДИСИ является технология, разработанная под руководством Ю. Л. Ямова. Отличительным решением этой технологии является использование спаренных трубных горизон-тальных пеногенератора и пенобетоносмесителя, разделенных шиберной заслонкой. Для транспортирования и укладки пенобетонной смеси используется самоходный бетоноукладчик, проходящий под смесителем и над индивидуальными кассетными формами (рис. 1.2). 
Рис. 1.2. Общий вид стационарной инвентарной установки для приготовления пенобетонной смеси и формования мелкоштучных пенобетонных изделий. В последующем, значительное производственное развитие получает технология пенобетона, разработанная под руководством проф. И.Б. Удачкина. Отличительной и характерной ее особенностью является одновременное использование барос-месителя для приготовления и пневмоподачи смеси к месту формования изделий. Приготовление пенобетонной смеси с использованием мобильной универсальной пенобетонной установки (УМПБ) предусматривает приготовление пены низкой кратности, и введение в нее сухих компонентов смеси без их предварительного смешивания (рис. 1.3).  |  | Рис. 1.3. Универсальная мобильная пенобетонная установка (УМПБ) конструкции "Строминно центр": 1 - рама; 2- бункер и дозатор цемента; 3 - бункер и дозатор песка; 4 - компрессор; 5 - баросмеситель; 6 - пеногенератор и бак для ПО; 7 - скиповый подъемник песка. | Рис. 1.4. Мобильный малогабаритный пенобетоносмеситель - "SIC": 1 - баросмеситель; 2 - электродвигатель; 3 - ременная передача; 4 - лопасти; 5 - штуцер; 6 - воздуховод; 7 - манометр; 8 - защитный кожух; 9 - пульт управления; 10 - вал; 11 - крышка; 12 - зпорный клапан; 13 - шланг; 14 - ручка с эксцентриковым зажимом. |
Мобильный малогабаритный пенобетоносмеситель типа «SIC» предназначен для приготовления пенобетонной смеси методом аэрирования (рис. 1.4.). Небольшая масса и малые габаритные размеры такого смесителя позволяют его использовать эффективно в строительных условиях для заливки монолитной пенобетонной теплоизоляции в колодцах кирпичных стен и для устройства разрезного монолитного ковра зданий по перекрытиям. Технологическая схема приготовления пенобетонной смеси методом сухой минерализации и набор необходимого оборудования для нее в строительных и в стационарных условиях, представлены на рисунках 1.5 и 1.6. Отличительным приемом в этом методе методе приготовления пенобетонной смеси является введение в пену с определенной скоростью, сухих компонентов при постоянном перемешивании смеси и стабилизации ее за счет снижения В/Т отношения и подвижности смеси при адсорбции воды сухими компонентами смеси. Такой технологический прием позволяет приготавливать пенобетонные смеси с низким В/Т отношением, что позволит повысить прочность пенобетона. 
Рис. 1.5. Технологическая схема приготовления пенобетонной смеси методом сухой минерализации. 
Рис. 1.6. Общий вид передвижного механизированного комплекса для приготовления пенобетонов методом сухой минерализации. 1 - пенобетоносмеситель; 2 - разгрузочный патрубок; 3 - дозаторы сухих компонентов с бункерами запаса; 4 - мешки с вяжущим (цемент, гипс и т.д.); 5 - заполнитель (песок, зола и т.д.); 6 - баки запала водного рабочего раствора пенообразователя. В технологической схеме приготовления п/б смеси, предлагаемой А.А. Ахундовым, Ю.В. Гудковым и В.В. Иваницким, используется стержневая мельница-смеситель, которая служит для равномерного распределения цемента в песке и их совместного домола, что значительно повышает активность смеси и прочность пенобетона (рис. 1.7). Приготовление пенобетонной смеси с использованием специальных смесителя и пеногенератора, обеспечивает высокую производительность такой линии по изготовлению пенобетонных изделий. Ознакомление с работой такой линии на заводе ЖБИ в г. Калуге, анализ ее работы показали, что для качественного приготовления пенобетонной смеси, определяющее значение имеет согласованность работы всего комплекса оборудования. Однако выход на стационарный режим приготовления пенобетонной смеси связан с потерей определенной смеси связан с потерей определенного объема пенобетонной смеси. При использовании влажного песка наблюдается зарастание мельницы цементно-песчанной смесью, что требует регулярной очистки от остатков прочного бетона. Производимые мелкоштучные пе-нобетонные изделия, с использованием резательной технологии, характеризуются высокими физико-механическими показателями и малым колебанием линейных размеров. 
Рис. 1.7. Технологическая схема для изготовления пенобетона. 1 - приемный бункер песка; 2 - ленточный конвейер; 3 - склад цемента; 4 - мельница-смеситель стержневой; 5 - ленточный конвейер; 6 -ленточный питатель; 7- емкость воды для затворения; 8 - пеногенератор; 9 - емкость раствора для пенообразователя; 10 - пенобетоносмеситель; 11 - форма для изготовления плит перекрытий; 12 - форма для формования мелкоштучных пенобетонных изделий; 13 - щитовая опалубка для формования монолитных стен; 14 - насос; 15-готовые стеновые изделия; 16-готовые пенобетонные плиты перекрытий. Непрерывное приготовление пенобетонной смеси предусматривается и в технологической схеме В.Г. Сухова (ООО «Помощник-Д», г. Краснодар) (рис. 1.8). При малых размерах установки обеспечивается высокая производительность. Техническим преимуществом такой установки, как отмечал сам автор в докладе на конференции «Пенобетоны 3-го тысячелетия» в Санкт-Петербурге (1999 г.), является возможность использования любых пенообразователей для приготовления пенобетонной смеси. Такой подход к выбору вида ПО является, на наш взгляд, ошибочным.  | Рис. 1.8. Технология непрерывного приготовления пенобетонной смеси под давлением [2]. 1- растворосмеситель; 2 - вибросито; 3 - бункер исходной смеси; 4 - растворонасос; 5 - стержневой смеситель; 6- компрессор СО-7; 7 - пеногенератор; 8 - емкость раствора пенооьразователя; 9 - погружной насос "Малыш". |
Линия для изготовления мелкоштучных изделий, разработанная под руководством В.Ф. Черных (Кубанский ГТУ), представляет собой раздельный метод приготовления пенобетонной смеси и выполнена с учетом производственных условий ЖБИ-2 г. Краснодара. В этой технологической линии используется цементнопесчаная смесь, приготавливаемая в отдельно стоящем БСЦ и доставляемая к месту использования автомобильным транспортом. Приготовление пенобетонной смеси выполняется с раздельным приготовлением поризуемого раствора и пены для по следующего их смешивания (рис. 1.9).  | Рис. 1.9. Линия по производству пенобетонных блоков [21]. 1 - растворосмеситель на БСУ; 2, 4- дозаторы; 3-пенобетоносмеситель; 5- емкость для пенообразующего раствора; 6 - датчик; 7 - пеногенератор; 8 - комперссор; 9 - насос; 10 - винтовой насос; 11 - форма; 12 - пульт управления; 13 - пост выдержки или ТВО; 14 - пост распалубки. |
Однако авторы не объясняют назначение введения раствора пенообразователя из емкости 5, через дозатор 4 в пенобетоносмеситель 3. Авторы также предлагают: при использовании цементов низкой активности применять «оптимальное время выдержки растворной смеси перед смеши ванием ее с пеной». По их утверждению, в этом случае, можно получить безосадочные смеси «на исходных сырьевых материалах пониженного качества». Такой предлагаемый технологический прием не подтверждается результатами исследований авторами и считаем является ошибочным. Комплект оборудования В.А. Кузнецова, изготовляемый Орловским заводом «Стекломаш», для приготовления пенобетонной смеси имеет некоторые отличительные технические осообенности (рис. 1.10, 1.11). 
Рис. 1.10. Установка для приготовления и транспортирования пенобетонной смеси Орловского завода «Стекломаш». Подача поризованной смеси к месту укладки производится из накопительного бункера винтовым насосом по трубам, что позволяет отказатся от баросмесителя или пневмонагнетателя, т.е. сосудов работающих под давлением. Пеногенератор, разработанный и изготовляемый для этой установки, характеризуется высокими возможностями для приготовления качественной технической пены. Производственная апробация его в составе технологической линии на одном из заводов ЖБИ в г. Калуга, показала, что его можно использовать для приготовления вязких и стойких пен из пенообразователей: С ДО со стабилизаторами и ПБ-2000 (рис. 1.11). Приготовить пену из этих ПО на пеногенераторе фирмы „Неопор" нам не удалось.
Рис. 1.11. Общий вид пеногенераторов фирмы «Неопор» и завода «Стекломаш», г. Орел. Проф. О.В. Коротышевский предлагает технологию и оборудование по приготовлению пенобетонной смеси, используя способ одностадийного турбулентно-кавитационного перемешивания компонентов смеси. Процесс приготовления смеси выполняется в двухскоростном смесителе и состоит из периода гомогенизации (малая скорость вращения вала, после загрузки всех компонентов смеси) и периода по-ризации (большая скорость вращения вала смесителя). Для приготовления пенобетонной смеси таким методом используют специально разработанный и изготовленный передвижной мини-завод, который смонтирован на базе прицепа У-72 (масса 15 т). По данным автора, такие технологические и техническое решения позволяют приготавливать однородную по структуре пенобетонную смесь, в которой нет седиментации твердых компонентов смеси даже при высоте формования массива до 3-х метров, а физико-механические характеристики пенобетона соответствуют высокому качеству ячеистых бетонов. Таким образом, на основании проведенного нами анализа многочисленных литературных источников и личного изучения работы некоторых производственных линий в России и Украине, и ряд выполненных НИР в ПГАСА в пенобетонной технологии можно обозначить два основных способа создания ячеистой структуры в пенобетоне. 1. Поризация бетонной смеси предварительно приготовленной пеной: а) традиционный пенный метод приготовления пенобетонной смеси, заключающийся в раздельном приготовлении высокократной пены и поризуемого раствора смешивании их в отдельном смесителе или в смесителе непосредственно для приготовления раствора (рис. 1.12-а); б) приготовления пенобетонной смеси с использованием метода сухой минерализации пены, заключающийся в раздельном приготовлении низкократной пены и ее минерализации сухими компонентами смеси, путем и равномерного их введения в пеномассу и ее постоянномперемешивании в смесителе (рис. 1.12-6). 2. Приготовление пенобетонной смеси без предварительного приготовления пены: - метод получения пеномассы аэрированием, основанный на воздухововле-чении при интенсивном перемешивании раствора вяжущего и кремнеземистого компонента с добавлением пенообразователя (рис. 1.13). Каждый из рассматриваемых методов имеет свои технологические преимущества и недостатки, которые, используя целенаправленно, можно управлять свойствами пенобетонной смеси и физико-техническими характеристиками пенобетона. Имеются и отличия в перечне используемого оборудования, соответственно, и в затратах для организации производства пенобетонных изделий или пенобетона монолитной укладки в строительных условиях. В традиционном раздельном пенном методе пеногенератор должен приготавливать пену относительно высокой кратности и достаточной стойкости в поризуемом растворе. Эти свойства пены зависят не только от вида используемого пенообразователя, но и от самой конструкции пеногенератора, обеспечивающей возможность приготовления пены с необходимыми свойствами и требуемой производительности (рис. 1.14). Рис. 1.12. Технологические схемы производства пенобетона с использованием технической пены: а) - традиционный метод; б) - метод сухой минерализации пены. 1- бункера со сырьевыми материалами; 2- дозаторы; 3- смеситель для приготовления раствора; 4- пеногенератор; 5- смеситель для приготовления пенобетонной смеси; 6- форма для изготовления мелкоштучных изделий . На физико-технические свойства пенобетона при использовании этого метода приготовления пенобетонной смеси значимое влияние оказывает ряд таких техноло гических параметров. На плотность пенобетона: - объем вводимой пены и коэффициент использования ее в поризуемом растворе, который зависит не только от свойств пены, но и от вязкопластичных свойств раствора, пластифицирующего эффекта при ведении - содержание воды. На прочность пенобетона оказывает влияние: - марка и расход вяжущего; - количество кремнеземистого компонента и его дисперсность; - количество воды; - концентрация пенообразователя в матрице бетона; - количество добавки и эффективность ее действия на твердение вяжущего. Рис. 1.13. Технологическая схема изготовления пенобетонных изделий с использованием метода аэрирования для приготовления пе-нобетонной смеси. 1- расходные бункера сырьх материалов; 2- дозаторы; 3- высокооборотный смеситель; 4- форма для формования пенобетонных изделий. Анализ, приведенных методов приготовления пенобетонных смесей, показывает, что везде используется пенообразователь, который должен иметь различный механизм действия в каждом случае приготовления пенобетонной смеси. Поэтому для каждого метода необходимо использовать специальный вид пенообразователя. | 
