Производство газобетона

        Поризация смеси  осуществляется на стадии формирования материала за счет взаимодействия газообразователя (алюминиевой пудры) со щелочью. Образующийся в результате коррозии алюминия водород  выделяется в свободном состоянии  в виде газовых пузырьков, используемых для вспучивания газобетонной массы. Данная технологическая стадия, особенно в неавтоклавной технологии, является весьма ответственной, предопределяющей формирование пористой структуры материала. Для улучшения свойств неавтоклавного газобетона в смесь вводят различные модифицирующие добавки: полуводный гипс, микрокремнезем, ускоритель твердения — хлорид кальция. Основным направлением разработок становится приближение прочностных свойств к автоклавному газобетону. Наиболее перспективными в этом отношении являются дисперсно-армирующие волокна как искусственного (полимерное волокно различного состава, стекловолокно и др.), так и природного происхождения (асбестовое, базальтовое волокно). Другим способом упрочнения является добавка микрокремнезема или кислой золы-уноса в количестве 5–10% от веса цемента. Качественный влажностный режим по уходу за газобетоном во время его интенсивного твердения также существенно улучшает его прочностные свойства.

       Неавтоклавный способ производства имеет существенный недостаток: усадка газобетона в процессе эксплуатации гораздо больше (2–3 мм/м), чем у автоклавного бетона (0,3 мм/м), при одинаковой плотности изделий. Специфика технологии неавтоклавного газобетона требует и повышенного расхода цемента. Несмотря на относительную дешевизну получаемого изделия, в промышленных масштабах предпочтительнее производство автоклавного газобетона.

       Автоклавный способ. Автоклавирование материала – важный этап, улучшающий свойства газобетонных блоков. Сформированный и разрезанный на блоки газобетон помещают в специальные автоклавные камеры, где они в течение двенадцати часов в условиях повышенного давления (12 кг/см²) обрабатываются насыщенным водяным паром при температуре 190°С.

         Автоклавная обработка газобетона производится не только для того, чтобы ускорить процесс твердения смеси. Основной смысл состоит в том, что в автоклаве при температуре +180 °С и давлении до 14 бар в газобетоне образуется новый минерал — доберморит. Благодаря этому повышается прочность материала и, что особенно важно, в несколько раз уменьшается усадка. За счет своих характеристик автоклавный бетон имеет гораздо больше способов применения. Он может использоваться, например, в армированных конструкциях — перемычках, панелях, и др. Коэффициент теплопроводности газобетона автоклавного твердения – 0,09-0,18 Вт/(м·°С). Такая теплопроводность газобетонных изделий позволяет в российских климатических условиях (за исключением северных районов) возводить однорядные наружные стены из газобетонных блоков толщиной 375 – 400мм, не требующие дополнительного утепления.

       Газобетон автоклавного твердения имеет пониженную трещиностойкость и морозостойкость, он более прочен, дает меньшую усадку, имеет более однородную структуру, может применяться в различных областях строительства в качестве основного строительного, теплоизолирующего и звукоизолирующего материала.. Автоклавная обработка позволяет в более короткие сроки получать изделия с достаточно высокой прочностью при пониженном расходе вяжущего.

       У автоклавной обработки имеются и недостатки: дорогостоящее оборудование, специфика его эксплуатации, требующая высококвалифицированного обслуживающего персонала, высокая металлоемкость автоклавов, низкий коэффициент использования внутреннего объема автоклава. Мелкосерийное производство при автоклавном способе оказывается экономически невыгодным.

       Изготовление  газобетона осуществляется мокрым или  сухим способом. Экономически более  целесообразным является мокрый способ, при котором помол кремнеземистого  компонента или его смеси с  известью производится в присутствии воды с получением шлама. При сухом способе помол и смешение компонентов осуществляются в шаровых мельницах в сухом виде. Песок размалывают в шаровых мельницах. Для осуществления мокрого помола в мельницу вводят подогретую воду.

       При применении в производстве извести, последнюю вводят в мельницу для  совместного помола с песком. Из мельницы шлам пропускают через сито для отделения от крупных включений. Далее шлам собирают в сборнике и  с помощью мембранного насоса или путем передавливания сжатым воздухом подают в шламовый бассейн или шламовый силос. Для предотвращения разделения шлама, т. е. осаждения частиц песка, шлам в бассейнах и силосах подвергают непрерывному перемешиванию. Одновременно производят барботаж шлама.

       Дозировка шлама, подогрев и предварительное смешение осуществляются в ванне-дозаторе. Для подогрева шлама до 40-45° применяют острый пар. Дозировка цемента – весовая. Газообразователь – алюминиевую пудру - отвешивают и подают в бачок с клееканифольной эмульсией, снабженный пропеллерной мешалкой.

       Окончательное интенсивное смешение всех компонентов  газобетонной массы происходит в  передвижной самоходной пропеллерной газобетономешалке. Материалы в  газобетономешалку загружают в  определенной последовательности. Сначала заливают песчаный шлам, затем немолотый песок (в случае необходимости) и в последнюю очередь – цемент. После этого в течение 2-3 мин перемешивают всю массу. Введение алюминиевой пудры и клееканифольной эмульсии определяет начало перемешивания газобетонной массы. Одновременно с этим газобетономешалка начинает передвигаться. Перемешивание газобетонной массы должно продолжаться 2-3 мин. В настоящее время применяют высокоскоростные пропеллерные мешалки (50-60 об/мин). Тщательное перемешивание массы обеспечивает однородность смеси и равномерность вспучивания. Излишняя продолжительность перемешивания вредна, так как возможно начало интенсивного газообразования в газобетономешалке. При этом теряется часть выделившегося газа и три заливке в формы газобетонная масса не даст нужного вспучивания. Разливают массу в формы через отверстия в нижней части мешалки при помощи гибких резинотканевых рукавов. Формы до заливки газобетона смазывают минеральным маслом или специальными эмульсиями для предотвращения сцепления газобетона с металлом форм. Газобетонную массу заливают с учетом вспучивания на 2/3 или 3/4 высоты формы.

       После заливки газобетонной массы начинается вспучивание. Процесс вспучивания  продолжается 30-40 мин. После вспучивания  происходит схватывание и твердение  газобетона.

       Для ускорения схватывания и твердения  газобетона, а также для ускорения  процесса газовыделения в цехе по производству газобетонных тонных изделий  температура воздуха должна поддерживаться не ниже +25°.

       Формы, в которых вспучивается и твердеет газобетон, нельзя передвигать, подвергать сотрясениям и ударам, так как вспученная, но не затвердевшая масса может при этом осесть. При вспучивании газобетонная масса образует так называемую горбушку, которую после затвердевания срезают ручными или механическими ножами.

       Затем застывшую массу разрезают на изделия нужного размера, формы  устанавливают на автоклавные вагонетки  в 2-3 яруса по высоте и загоняют в  автоклав для ускоренного твердения.

       Автоклавная обработка газобетонных изделий  принципиально не отличается от обработки пенобетонных изделий. Газобетон допускает ускоренный подъем давления и температуры до изотермического прогрева в течение 3-4 час.

       После окончания автоклавной обработки  формы с изделиями оставляют  в цехе для остывания, после чего производят распалубку и увозят изделия на склад готовой продукции. 
 
 

4. ТЕХНОЛОГИЯ  ПРОИЗВОДСТВА ПРОЕКТИРУЕМОГО ВИДА МАТЕРИАЛОВ

       Газобетон – представитель семейства ячеистых бетонов, в которое входят также  пенобетон и аэрированные легкие бетоны. Характерная черта представителей этой группы бетонов – ячеистая структура. Пузырьки газа занимают до 85% объема материала, поэтому ячеистые бетоны имеют малый объемный вес. Изготавливается газобетон из извести, воды, цемента и кварцевого песка. Все составляющие дозирует компьютер. В газобетоносмесителе в течение 4 – 5 минут готовится «тесто» - тщательно перемешанная смесь рецептурных компонентов. Затем в готовую смесь добавляют в небольшом количестве водную суспензию алюминиевой пудры, которая вступает в реакцию с известью. Продукт реакции - водород образует в сырьевой массе огромное количество пор размером от 0,5 до 2 мм, равномерно пронизывающих материал.

       Сразу после добавления алюминиевой пасты  смесь помещают в специальные  металлические емкости, в которых  и проходит вспучивание. Для ускорения химических реакций, схватывания и твердения полуфабрикат подвергают вибрационным нагрузкам. Когда газобетон достигает стадии предварительного твердения, с застывшей смеси проволочными струнами срезают неровную верхушку, а оставшуюся массу разрезают на блоки равного размера. Полученные элементы проходят тепловую обработку в автоклаве. Затем блоки калибруют при помощи специальной фрезерной машины. На заключительном этапе рабочие выполняют отделку фасадных поверхностей.

       Применение  современных технологий, позволяющее управлять процессом окончательного твердения газобетона, обеспечивает абсолютную однородность готового материала, поэтому свойства газобетонных блоков одинаковы в горизонтальном и вертикальном направлении.

       При определении состава газобетона необходимо обеспечить заданную объемную массу и его наибольшую прочность при минимальных расходах порообразователя и вяжущего вещества. При этом структура газобетона должна характеризоваться равномерно распределенными мелкими порами правильной шаровидной формы.

        Объемная масса  газобетона и его пористость зависят  главным образом от расхода порообразователя и степени использования его  порообразующей способности. Некоторое  влияние на них оказывают температура  смеси и количество воды, принятое для затворения смеси, т.е. водотвердое отношение В/Т. Увеличение В/Т повышает текучесть смеси, а следовательно улучшает условия образования пористой структуры, если обеспечивается достаточная пластичная прочность смеси к концу процесса газообразования.

       Прочность газобетона зависит также от характера его пористости, размеров и структуры пор и прочности межпоровых оболочек. С увеличением В/Т до оптимального значения, обеспечивающего наилучшие условия формирования структуры смеси, прочность газобетона повышается. Прочность оболочек, в свою очередь, зависит от оптимального соотношения основного вяжущего и кремнеземистого компонента, В/Т, а также условий тепловлажностной обработки. Из этого следует, что применение смесей с минимальным значением В/Т при условии образования высококачественной структуры (например виброспучиванием) позволяет получить газобетон более высокой прочности.

       Газобетон состоит из кварцевого песка, цемента, негашеной извести и воды. Он изготавливается в промышленных условиях при помощи автоклавов, в которых поддерживается определенное давление и температура. При смешивании в автоклаве всех компонентов с газообразователем - алюминиевой пудрой - происходит выделение водорода. Он в несколько раз увеличивает исходный объем сырой смеси. А пузырьки газа при застывании бетонной массы образуют в структуре материала огромное количество пор. Процесс производства газобетона требует точного соблюдения технологии.

       Для изготовления газобетона применяют  портландцемент марок 300, 400, 500, удовлетворяющий  требованиям ГОСТ 970-61. Производство газобетона предъявляет специальные требования к портландцементу в отношении щелочности цементного теста – рН теста не должна быть ниже 12. В случае недостаточной щелочности раствора в газобетонную массу следует дополнительно вводить известь или щелочь в виде каустической соды  (NаОН).

       При применении в качестве основного  вяжущего извести особое внимание уделяют  значительному количеству активных окиси кальция (СаО) и магния (МgО). Общая активность извести не должна быть менее 75%, количество МgО - не более 1,5%. В производстве можно применять известь - молотую кипелку и пушонку. Известь должна быть равномерно обожженной.

       Введение  извести как добавки к цементу  сокращает расход цемента и одновременно увеличивает щелочность раствора, обеспечивая энергичное протекание реакции газообразования:

        3 Са(ОН)₂ + 2 Аl + 6 Н₂О     3 СаО·Аl₂О₃·6Н₂О + 3 Н₂

       В качестве кремнеземистого компонента в производстве газобетона применяют  речной или горный кварцевый песок, золу-унос тепловых электростанций, маршалит и другие материалы. Кварцевый песок для изготовления газобетона и газосиликата должен быть чистым, без примесей глины и органических веществ, с содержанием SiO₂ не менее 80%. Присутствие глины замедляет твердение газобетона и уменьшает его прочность. Органические примеси вредно сказываются на протекании реакции газовыделения; вспучивание газобетона при наличии органических примесей ухудшается.

       Важнейшей технологической особенностью получения  высококачественных газобетонных изделий  максимальной пористости и достаточной прочности является создание оптимальных условий для двух одновременно протекающих процессов газовыделения и газоудержания. Необходимо обеспечить соответствие между скоростью реакции газовыделения и скоростью нарастания структурной вязкости цементного теста или раствора. При этом выделение газа должно как можно полнее закончиться к началу схватывания системы цемент - вода. Протекание процесса газообразования определяется большим количеством различных факторов. Наибольшее влияние на скорость этого процесса оказывают вид, количество и свойства газообразователя, щелочность и температура среды и т. д.

       В качестве сырьевых компонентов, при  производстве газобетонных блоков, применяется известь, вода, портландцемент, наполнители (кварцевый песок, гипс) и порообразователи (алюминиевая пудра). При этом известь — один из важнейших ингредиентов, что является гарантией высокого и стабильного качества продукции. Для образования пор в «тесто», полученное путем перемешивания всех рецептурных компонентов, добавляют небольшое количество алюминиевой пасты. Алюминий совершенно безвреден для здоровья, поэтому из него делают кухонную посуду, упаковку пищевых продуктов и т.п. В результате реакции алюминия с известью образуется «искусственный камень», пронизанный тысячами маленьких пор, — экологически чистый строительный материал, не выделяющий никаких химических соединений и абсолютно безопасный для здоровья людей. Современные технологии производства гарантируют получение однородной структуры газобетона, поэтому свойства блоков из этого материала совершенно одинаковы как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении.