Проблемы развития производства пенобетона

Необходимость энергосбережения во всех областях техники потребовала создания и внедрения новых технологий в промышленности строительных материалов. Одним из перспективных направлений являются работы по совершенствованию производства ячеистого бетона.
В структуре стеновых и теплоизоляционных материалов стройиндустрии Российской Федерации существенное место занимают две основные разновидности ячеистого бетона: газобетон автоклавного твердения и пенобетон неавтоклавного твердения. Эти материалы в основном взаимозаменяемы и производятся в соответствии с общей нормативной базой. Такой базой является прежде всего ГОСТ 25485-89 «Бетоны ячеистые. Технические условия».
Несмотря на взаимозаменяемость этих материалов, следует объективно отметить, что структурная прочность автоклавного газобетона на один- два класса (15-25%) выше, чем у неавтоклавного пенобетона. Неавтоклавный пенобетон имеет влажностную усадку, в 2—4 раза превышающую этот показатель у автоклавного газобетона. Естественно, изделия из неавтоклавного пенобетона имеют низкую трещиностойкость, что снижает долговечность строительных изделий и тормозит развитие производства пенобетона, особенно в монолитном строительстве. Перечисленные проблемы являются существенными и до настоящего времени сдерживали производство неавтоклавного пенобетона, так как снижали его конкурентоспособность.
Однако у неавтоклавного пенобетона есть ряд преимуществ перед автоклавным газобетоном. Так, пористая структура пенобетона полностью формируется в очень короткий отрезок времени в условиях интенсивных динамических воздействий (механического перемешивания). Поэтому температура окружающей среды, точность дозировки компонентов, постоянство свойств вяжущего и кремнеземистого заполнителя не оказывают в технологии пенобетона такого большого влияния на конечные свойства материала, как в технологии автоклавных газобетонов.
Более того, главный показатель ячеистого бетона — средняя плотность - легко корректируется непосредственно в ходе технологического процесса. Это очень важно при изготовлении ячеистых бетонов на малых предприятиях или на строительной площадке.
По заключению Госстроя РФ (протокол № 01-НС-18/4 от 29 ноября 2001 г.), неавтоклавные и автоклавные ячеистые бетоны имеют ряд характеристик, выгодно отличающих их от многих традиционных строительных материалов, и активно применяется во всем мире в том числе и для технологии пассивный дом. Изделия из них наилучшим образом адаптированы к сложным климатическим и экономическим условиям России и имеют ряд важных достоинств: невысокая средняя плотность, низкая теплопроводность, пониженное водопоглощение, стойкость при пожаре. Все виды ячеистых бетонов имеют высокие санитарно-гигиенические свойства стенового ограждения, так как не содержат вредных для здоровья человека химических и синтетических веществ, имеют хорошую обрабатываемость и др. За счет простой и рациональной технологии пенобетона во много раз снижена удельная капиталоемкость, расход энергоносителей, трудоемкость, а следовательно, и себестоимость продукции. Дома из данного материала абсолютно экологичны, и данная конструкция будет крепче, чем дом из ракушняка
Появилась возможность организации производства изделий на мобильных мини-заводах, максимально приближенных к районам застройки, что уменьшает транспортные расходы, позволяет загрузить работой местное население, активизировать строительство, особенно жилищное.
В конце 90-х годов разработано много отечественных эффективных сравнительно недорогих пенообразователей на основе синтетических поверхностно-активных веществ.
По данным института СПбЗНИИПИ (бывший ЛенЗНИИЭП), ежегодное наращивание производства неавтоклавного пенобетона составляет в России примерно 100 тыс. м3 при общем объеме на конец 2000 г. 500 тыс. м3. При этом автоклавного ячеистого бетона выпускается в пределах 1,2—1,8 млн м3, а себестоимость его производства выше на 30—50% в сравнении с пенобетоном.
В настоящее время неавтоклавный ячеистый бетон применяется в монолитном и сборном вариантах. Из монолитного пенобетона делают стяжки под полы, утепляющие слои чердачных перекрытий, кровель и мансард, наружные и внутренние стены, теплоизоляцию труб бесканальной прокладки.
Дальнейшее развитие производства и применения неавтоклавного пенобетона можно осуществлять на основе решения следующих ключевых проблем:
-- существенное уменьшение влажностной усадки неавтоклавного пенобетона;
-- организация промышленного производства пенобетона с прочностью, равной или превышающей прочность автоклавного газобетона;
-- максимальное использование отходов промышленного производства как основного сырья. Это позволит решить вопросы, во-первых, утилизации отходов, во-вторых, снижения себестоимости товарных пенобетонов и изделий из них.
По существу первой проблемы крупные научно-исследовательские организации России ведут исследования по снижению влажностной усадки пенобетона. В институте ВНИИСТРОМ под руководством профессора А.А. Ахундова завершен основной этап работ по промышленной технологии малоусадочного пенобетона. В основу технологии положена концепция, использующая знания в области безусадочных и расширяющихся цементов.
В России и за рубежом с начала прошлого века интенсивно развивается производство и применение расширяющихся цементов и соответствующих добавок к бетону [1]. Такие цементы, принятые в качестве основного сырья для неавтоклавного пенобетона, позволяют получить малоусадочный материал. Известен ряд дешевых добавок-модификаторов для цементов и бетонов, имеющих многотоннажное промышленное производство и реальные цены [2].
По существу второй проблемы следует сказать, что есть много способов и составов, повышающих прочность неавтоклавного пенобетона. Наиболее рациональным для промышленного применения являются способы и состав смеси, предусматривающие использование суперактивных ультрадисперсных микрокремнеземов. На российском рынке появился ультрадисперсный материал, содержащий более 92% диоксида кремния аморфной модификации (ТУ 5743-048-02495332-96). Микрокремнезем является отходом ферросплавного производства. Московская фирма «Лидинг» организовала поставку и реализацию продукции на территории Российской Федерации. Производителями продукции являются заводы ферросплавов Урала и Сибири.
В таблице приведены показатели прочности автоклавных и неавтоклавных ячеистых бетонов, принятые в ГОСТ 25485-89 «Бетоны ячеистые. Технические условия» и СНиП 82-02—95. В этой же таблице показаны наиболее характерные результаты лабораторных исследований оптимальных составов неавтоклавного пенобетона, содержащих 5—7 % от массы цемента микрокремнезема Челябинского завода ферросплавов.

Средняя плотность
в сухом состоянии, кг/м3

Бетон автоклавный

Бетон неавтоклавный

Бетон неавтоклавный модифицированный
Класс бетона по прочности

Средняя прочность при сжатии, МПа

Класс бетона по прочности

Средняя прочность при сжатии, МПа

Класс бетона по прочности

Средняя прочность при сжатии, МПа
400

В1

1,5

В0,5

0,9

В1

1,4
600

В2

3,1

В1,5

2,2

В2

3
800

В3,5

5

В2

3,2

В3,5

4,7

Из таблицы видно, что для ячеистых бетонов средней плотностью от 400 до 800 кг/м3 рядовой неавтоклавный пенобетон имеет класс по прочности на один-два пункта ниже, чем бетон автоклавный. Модифицированный пенобетон, содержащий микрокремнеземы, имеет класс по прочности, равный автоклавному ячеистому бетону. Предлагаемый способ и состав высокопрочного неавтоклавного пенобетона не является исчерпывающим. В этом направлении значительные результаты получены в институтах НИИЖБ, МАДИ (ТУ), МГСУ и др. [3].
Технология неавтоклавного пенобетона позволяет широко использовать не только местные сырьевые ресурсы, но и отходы промышленного производства. Эта проблема актуальна как с точки зрения промышленной экологии, так и с точки зрения снижения себестоимости пенобетона и изделий из него.
Относительно третьей проблемы общеизвестны технологические решения по утилизации зол ТЭС, отходов горнодобывающих предприятий и других отраслей. Нами завершены научно-исследовательские работы, позволяющие утилизировать в технологии пенобетона горелые пески литейного производства. Модуль крупности исследованных песков 1,89, насыпная плотность в высушенном состоянии 1,26 г/см3, истинная плотность - 54%. Работа выполнена по заказу ООО «Стройиндустрия» (г. Электросталь).
Установлено, что горелый песок литейного производства может быть рекомендован как сырьевой компонент пенобетона. Физико-механические свойства такого пенобетона представлены на рис. 1. На гистограмме показана прочность пенобетона на основе традиционного и горелого песков. Различия в прочности полученного пенобетона несущественны и не превышают допустимых отклонений. Актуальность проведенной работы подтверждается тем, что только предприятия Москвы вывозят в отвал более 100 тыс. т таких отходов в год.