5.3 Комплекси по виробництву пінобетону

5.3.1 Склад обладнання комплексів

Технологія пінобетону (ПБ) заснована на тому, що під час перемішування мінеральні частки налипають на оболонки піни (піниста флотація) і перетворюють бульбашки повітря у сферичні відсіки, які розділені сумішшю розчину цементу, піноутворювача і води. Недоліки блоків з ПБ у порівнянні з ГБ приведені у розділі 5.1. Блоки з ПБ є досить ефективною альтернативою блоків із ГБ, бо ненабагато поступаються по якості останнім, але можуть вироблятись на спрощених мінікомплексах, майже на порядок дешевших за комплекси ГБ. Останнім часом такі комплекси набувають усе більшого розповсюдження в Україні й Росії. Основними показниками якості блоків є густина (300÷1200 кг/м³) і міцність на стиск (1,0÷5,0 МПа). По цим показникам блоки відносять до однієї з груп - конструктивні, конструктивно-теплоізоляційні або теплоізоляційні. Обидва показники залежать, насамперед, від вмісту компонентів ПБ. Найбільшим попитом користуються конструктивно-теплоізоляційні блоки з ПБ густиною, більшою 600 кг/м³, які можна використовувати для зведення стін. Уявлення про міцність таких блоків дає інформація, приведена у табл.5.4.

Таблиця 5.4 - Міцність на стиск блоків з ПБ

Спосіб отримання ПБ заснований на приготуванні в змішувачі спочатку - цементно-піщаного розчину, а потім - ПБ, шляхом додавання у розчин піни, приготовленої в спеціальному піногенераторі (ПГ). Найбільш поширена технологія пінобетонних блоків передбачає виконання наступних операцій:

• розведення піноконцентрату водою і отримання піноутворювача;

• отримання стійкої піни у ПГ;

• одержання цементного або цементно-піщаного розчину;

• приготування пінобетонної суміші механічним змішуванням піни та розчину;

• формування блоків шляхом заливання пінобетонної суміші у форми;

• твердіння блоків у формах;

• розпалубка форм.

Склад обладнання комплексу по виробництву блоків із ПБ - на рис.5.13.

Сировинні компоненти – цемент та пісок, завантажують у витратні бункери 15 та 12 і живильниками 18 і 13 подають у дозатор 22, а з нього дозована порція двох компонентів – у змішувач 23. Воду разом із добавками дозують у змішувач дозатором 21. Використовують добавки по ДСТУ Б В 2.7-32-98 – регулятори структуроутворення, прискорювачі твердіння, пластифікуючі. Після ретельного змішування розчину у змішувач дозують піну, яка виробляється піногенератором (ПГ) 6 і поступає по магістралі 7. Тривалість змішування розчину повинна бути достатньою для гідратації основної маси зерен цементу і утворення гелю. Дозування піни у сучасних комплексах проводиться шляхом задавання таймером тривалості подачі при умові стабільної продуктивності ПГ. Спрощений варіант дозування – об’ємний, до заданого рівня заповнення змішувача піною, не гарантує стабільності дозування. Для виготовлення піни у ПГ 6 подається піноутворювач по магістралі 5 з ємності 3 і стиснуте повітря від компресора 4. Піноутворювач готується у обладнаній мішалкою ємності 3, в яку у заданій пропорції дозують піноконцентрат 1 та воду 2

Отриманий ПБ спеціальним насосом 26 по шлангу 27 транспортується до місця заливки у почищені, зібрані і змащені форми 28. Після попереднього вистоювання форм із ПБ на посту 29 вони завантажуються у камеру тепловологої обробки 30. По завершенню процесу твердіння на постах 31 і 32 проводиться розпалубка й пакетування блоків. Пакети відправляються на склад для витримки і відвантаження споживачам. Можна обійтись без тепловологої обробки, природним твердінням при температурі 15÷25⁰С, але тривалість набору розпалубочної міцності подовжується до 1÷1,5 діб, знижується оборотність форм, відповідно, зростає їх потрібна кількість.

Треба відзначити, що технологія пінобетону при удаваній простоті насправді є дуже вибагливою до якості, сталості та вмісту сировинних компонентів, а також рівня й сталості режимних параметрів.

У Росії все більшої популярності набуває так звана баротехнологія, розроблена в АТ “Корпорація будматеріалів” (Москва) під керівництвом Удачкіна І.Б. Баротехнологія (технологія СтромРос) передбачає приготування ПБ в герметичному змішувачі 1 (рис.5.14)періодичної дії з горизонтальним або вертикальним лопатевим валом.

Після дозованого завантаження у змішувач цементу 3, піску 4, води з добавками 5 готується цементно-піщаний розчин. Далі у змішувач 1 дозується піна 6, кришка 3 закривається, у змішувач подається стиснене повітря від компресора 7 і процес змішування проводиться під тиском до 0,5 МПа. По завершенню змішування відкривається кран 8 і ПБ по шлангу 9 подається до місця вкладання на відстань до 200 м по горизонталі й до 30 м по вертикалі. По інформації авторів, змішування й транспортування під тиском покращує властивості піни й ПБ за рахунок зміцнення оболонок бульбашок піни, тому механічні пошкодження піни зменшуються.

Ця технологія якнайкраще підходить для монолітного бетонування на будівельному майданчику, бо не потребує окремого насоса для транспортування ПБ від місця приготування до місця вкладання. Змішувач 1 додатково виконує функцію пневмокамерного насоса, розвантажуючись під дією тиску й забезпечуючи транспортування ПБ. Недоліком баротехнології є необхідність герметизації змішувача – посудини, яка працює під значним тиском. Змішувач виходить масивним і більш складним. При виробництві блоків транспортування на велику відстань не потрібне, тому використовують проміжний варіант - знижений тиск у змішувачі до (0,05÷0,1) МПа, при якому вимоги до конструкції змішувача зменшуються. Ще один недолік пов’язаний із необхідністю надійного закривання змішувача після завантажування компонентів та наступне розкривання у кожному циклі, що підвищує трудовитрати й зменшує продуктивність.

Використовується ще більш спрощений метод приготування ПБ шляхом сумісного інтенсивного перемішування усіх сировинних компонентів разом із піноутворювачем, без використання ПГ. Метод особливо привабливий для монолітного бетонування, бо при відсутності ПГ комплекс складається фактично із одного змішувача. Але практика свідчить про складність стабілізації якості блоків при спінюванні піноутворювача у присутності інших компонентів – цементу й піску. Високі вимоги до змішувача, який повинний бути швидкісним і мати регульовану частоту обертання робочого валу, а також до якості компонентів, сталості їх властивостей і режимних параметрів процесу стримують розповсюдження цього методу.

Найважливішим елементом технології пінобетону є піноутворювач (ПУ), який поставляється у бочках по 50÷200кг у вигляді піноконцентрату, що розбавляється водою до робочого розчину безпосередньо перед використанням у необхідній пропорції (1:20÷1:40), указаній у його характеристиці. До ПУ пред’являють такі вимоги: обов’язкова державна сертифікація; екологічна чистота й нешкідливість для людини; довгий термін збереження у приміщенні, що не опалюється; невелика вартість; можливість отримання дрібнозернистої піни з міцними оболонками зерен для забезпечення стійкості піни при змішуванні ПБ, його транспортуванні та вкладанні (формуванні виробів). Кількість відомих і присутніх на ринку синтетичних і органічних ПУ становить декілька десятків. Серед них - російські (“Морпен”, “Пеностром”, ПБ2000) та ПУ ведучих світових виробників: “Неапор” , “Ітонг”, “Хебель”, “Сипорекс” і т.д. Найкращими вважаються ПУ, які являють собою органічну високо молекулярну сполуку (наприклад, на основі протеїну). У разі застосування високоякісних ПУ з’являється можливість отримання якісних блоків при використанні дрібнозернистого піску без додаткового подрібнення, що вагомо спрощує комплекс. Витрата піноконцентрату на виготовлення 1 м³ПБ залежить від його типу та запланованої густини ПБ й складає (0,8÷2,0) л/м³. Одного літра концентрату достатньо для отримання 400÷600 л піни. Вартість 1 л піноконцентрату варіюється в широких межах від 1,5 до 8 євро, так що витрати на ПУ у розрахунку на 1 куб. м становлять 10÷40 гривень.

Основним сировинним компонентом ПБ є цемент.У більшості рецептур рекомендовано використання цементу (ДСТУ Б В.2.7-46-96) тонкого помелу, без добавок, з маркою по міцності 500 і питомою поверхнею 3500 см²/г. Можна використовувати й цемент більш крупного помелу (3000-3200 см²/г, прохід на ситі 008 – не менше 85%). Але витрати такого цементу треба збільшити на 10-15%, бо крупні його зерна (60÷80 мкм) практично не працюють і служать немов би заповнювачем. Термін природного твердіння у цьому варіанті подовжується, тепловолога обробка стає обов’язковою.

У виробництві конструктивно-теплоізоляційних блоків, крім цементу, використовують наповнювач – пісок. Від якості піску у значній мірі залежить міцність блоків. Розроблені спеціальні вимоги до піску щодо крупності, зернового складу, форми зерен та вмісту глинистих домішок, наявність яких суттєво зменшує міцність виробів із ПБ. Основна вимога – якомога менший вміст глинистих і подібних часток, які обволікають зерна піску, наполовину зменшуючи міцність зчеплення (адгезію) піску і цементу. Крім того, ці дуже дрібні частки фактично нейтралізують якусь долю цементу, що налипає на них. Тому необхідно використовувати спеціально митий або річний пісок, у якому вміст вищезгаданих включень не перевершує 2÷3%. Зменшення витрат цементу компенсує підвищену ціну такого піску у порівнянні з рядовим. Шкідливими є і інші домішки, які часто присутні у піску – сірчані сполуки, слюда, аморфні модифікації кремнезему. Це теж треба враховувати при виборі піску.

Бажано, щоб зерна піску мали кульоподібну форму без гострих кромок, які можуть пошкоджувати частки піни під час перемішування. Крупні зерна піску (вище 1÷2 мм) небажані, оскільки проблематичне їх утримування піною. Висівання цих крупних зерен на ситі недоцільне по двом причинам: через складність реалізації при досить високій природній (кар’єрній) вологості піску (5÷8%); через збільшення вмісту глинистих фракцій у просіяному піску. Безумовно корисним є помел піску роздавлюванням у млинах, при якому додатково досягається ще один позитивний ефект: із зерен піску знімаються забруднюючі плівки, що підвищує адгезію до цементу. Найкращі результати дає сумісний помел цементу і піску у одному із млинів – шаровому, стержньовому чи іншої конструкції. На кафедрі механізації будівельних процесів Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури доведена ефективність використання у виробництві ПБ агрегату барабанно-валкового типу, описаного у розділі 4 посібника. У процесі помелу не тільки подрібнюються крупні частки піску, а й зростає тонкість помелу цементу, причому частки піску виконують функцію “молольних” тіл по відношенню до значно менших часток цементу. При сумісному помелі компоненти найкращим чином змішуються, а наявність вологи у піску приводить до початку гідратації цементу. На рис.5.15 приведена схема комплексу по виробництву блоків із ПБ, яка містить стержневий млин.

З витратних бункерів 2 і 3 пісок та цемент об’ємними дозаторами 5 і 7 подаються у стержньовий млин-розтирач 9. Дозатори виконані у вигляді гвинтових конвеєрів з регульованими приводами 6 і 8. Конструкція млина аналогічна описаній у розділі 2. Суміш після помелу у млині по конвеєру 10 потрапляє у бункер-накопичувач 11, звідки об’ємним стрічковим дозатором 12 завантажується в одновальний лопатевий змішувач безперервної дії 13, у який дозується необхідна кількість води дозатором 14 та піни від ПГ 15. Готовий пінобетон по шлангу 16 самопливом, за рахунок різниці у рівнях, заливається у форми 17. Далі схема аналогічна тій, що приведена на рис.5.13.

Висока продуктивність і якісна підготовка компонентів до змішування є безумовними достоїнствами цієї схеми. Слід мати на увазі, що ефективним помел у млині буде тільки при використанні митого піску. При значному вмісті глинистих включень при помелі ними забруднюються поверхні зерен піску і нейтралізується цемент, тобто замість позитивного ефекту можна отримати негативний.

Використання об’ємних дозаторів або, як це характерне для спрощених комплексів, дозування відрами чи, навіть, лопатами не дозволяє отримати потрібну стабільність вмісту компонентів. Велика похибка у дозуванні часто пов’язана із перемінною вологістю піску, густина якого у значній мірі залежить від вологості. Тому вагові дозатори мають безумовну перевагу, а додаткові витрати на них швидко окупаються. Застосування змішувачів безперервної дії не є раціональним через обмежену тривалість контакту цементу і води, яка недостатня для гідратації. Нейтралізація цього недоліку потребує зайвих витрат цементу.

Замість піску або разом із ним доцільно використовувати техногенні продукти – золи та шлаки. Наприклад, золи з фільтрів теплових електростанцій, які мають частки розміром 0,02÷0,06 мм. Використання такої золи стримується наявністю у ній перепаленого вапна, яке гаситься вже у блоці й розриває його. Нейтралізувати вапно можна додаванням до розчину соляної кислоти, причому свіжо утворений хлористий кальцій є ефективною корисною добавкою до пінобетону, а надлишки кислоти небезпечні тільки для деяких ПУ. У разі використання мелених металургійних шлаків, які мають гідравлічну активність, з’являється можливість економії цементу без втрати якості блоків.

Наряду з помелом у стані природної вологості, є інформація про успішну роботу комплексів із застосуванням мокрого помелу і приготуванням піщаного шламу. Обладнання для накопичування, транспортування й дозування шламу аналогічне тому, що використовується у технології газобетону.

Вміст компонентів. До густини 400÷500 кг/м³ у розчин вводиться тільки цемент у кількості >300 кг/м³, а кількість піни становить 750 л. При більшій густині – ще й наповнювач (пісок або шлак), який нарощує міцність і зменшує усадку. Остання при дотриманні вимог технології не перевершує 0,1% і повністю завершується на протязі 28 діб твердіння. Найважливішим є вибір водотвердого відношення - В/Т. Надлишок води приводить до утворення нестійкої, крупноніздрюватої, дефектної структури. Брак води викликає неспроможність суміші обгортати бульбашки піни.

Витрата цементу становить 310÷420 кг на 1 м³, співвідношення цементу й піску складає 1 : (0,5÷1,0) у залежності від потрібної густини, В/Т ≈0,5. При розрахунках густину розчину перед додаванням піни можна попередньо приймати =2000кг/куб.м.Визначивши потрібну кількість піни на один заміс, порцію її часто вводять приблизно, заповнюючи об’єм змішувача до заданого рівня. Кращі результати дає дозування піни по продуктивності піногенератора, коли задають тривалість введення піни. Орієнтовні витрати компонентів на 1 куб. м ПБ: при густині 600 кг/м³: цементу – (320÷350)кг, піску (120÷200) кг, піноконцентрату (ПК) – (1,3÷1,4) кг, води у розчині – (110÷130)л, води у піні – (55÷65) л, піни – (700÷750) л, В/Т=(0,5÷0,55); при густині 800 кг/м³: цементу – (320÷400) кг, піску (160÷300) кг, ПК – (1,2÷1,6) кг, води у розчині – (120÷140)л, води у піні – (45÷70) л, піни – (600÷650) л, В/Т=(0,48÷0,52). Приведені вище витрати характерні для використання якісних сировинних компонентів. Значні інтервали вмісту обумовлені різними властивостями ПК, а також особливостями технології й обладнання. Використання дешевого ПК часто змушує нарощувати вміст цементу для отримання потрібної міцності, так що сумарні витрати на сировину не зменшуються. Раціональний вміст компонентів уточнюють експериментально. Якщо фактична густина ПБ перевищує потрібну, то до суміші додають піну з розрахунку 2% на кожні 100 кг/м³ перевищення. У разі зменшення – додають 5÷7% цементу на кожні 100 кг/м³ зменшення. Густину вологого пінобетону можна брати на 10÷15% більшою від запланованої для сухого ПБ. При необхідності у змішувач разом із твердими сухими компонентами вводять волокно для армування, наприклад, “Неофібр”, у кількості 1 кг на 1 куб. м.