Пеноблоки — в воде не тонут, в огне не горят

Легкий и прочный строительный материал, способный выводить избыточную влагу непосредственно «через себя», при этом обладающий отличными теплоизоляционными свойствами — все это о пеноблоках. Выкладывать стены из пеноблоков очень и очень просто, причем не важно, создаются ли внутренние перегородки или возводятся внешние, несущие стены. Однако есть свои нюансы и, прежде всего — нельзя иметь дело с пеноблоками, опираясь лишь на опыт работ с привычными стеновыми материалами, как-то кирпич или шлакоблок. Именно недостаток информации о пеноблоках породил устойчивый миф об их непригодности в строительстве зданий — разберемся в этом вопросе подробно и выясним, что же в действительности представляют собой пенобетонные блоки.
История ячеистого бетона
На настоящий момент существует два вида ячеистого бетона — газобетон и пенобетон, именуемых также, согласно технологии производства каждого, автоклавный ячеистый бетон и неавтоклавный ячеистый бетон.
Газобетон впервые был получен в автоклаве чешского изобретателя-химика Э. Гофмана в 1889 году, роль пенообразователя и аэратора по запатентованному им методу осуществлял углекислый газ, вырабатываемый реакцией известняка и соляной кислоты. В течение нескольких последующих лет европейские изобретатели экспериментировали с пенообразователями, используя в этом качестве цинковую пыль и щелочи, натрий, гипохлорит кальция и перекись водорода. Даже был голландский патент 1917 года, в котором описывался метод пенообразования при помощи дрожжевых культур.
Первую действительно эффективную технологию получения газобетона создал шведский архитектор — доктор Йохан Аксель Эрикссон, работавший в Королевском технологическом институте Стокгольма. В 1924 году Эрикссон получает патент, пенообразователем по его технологии получения газобетона была алюминиевая пудра, введенная в водный раствор цемента, кремнезема и извести.
Старинные замковые строения и церкви, выстроенные на растворе с известковым вяжущим и пенообразователем животного происхождения, стоят по сей день, причем разрушить их крайне сложно.
Теперь о пенобетоне или неавтоклавном ячеистом бетоне, которому и посвящена данная статья. Сама идея получения пенобетона принадлежит зодчим далекого прошлого — как иначе объяснить, зачем в раствор для кирпичной кладки ими добавлялся яичный белок? Также роль пенообразователя в кладочных растворах многие века назад выполняла высушенная кровь домашнего скота. Результат — старинные замковые строения и церкви, выстроенные на растворе с известковым вяжущим и пенообразователем животного происхождения, стоят по сей день, причем разрушить их крайне сложно даже с применением самой современной техники. Кстати, животный белок до сих пор используется в пищевой промышленности и именно в качестве пенообразователя.
Советский ученый профессор Брюшков А.А. в конце 20-годов прошлого столетия занимался исследованиями в области получения неавтоклавного ячеистого бетона на пенообразователе природного происхождения. Он обратил внимание на произрастающую в Средней Азии мыльнянку лекарственную (Saponaria officinalis), отвар корня которой дает густую пену. Эксперимент профессора Брюшкова увенчался успехом и 15 сентября 1930 года он получает патент №21798 на авторский метод производства неавтоклавного ячеистого бетона. Рецепт пенобетона профессора Брюшкова основывается на смеси из отвара корня мыльнянки лекарственной и клейстера из картофельного крахмала, прошедшего обработку минеральными кислотами.
Исследованиями пенобетонов в начале прошлого века занимались многие советские изобретатели, не только профессор Брюшков. К примеру, 10 ноября 1928 года изобретатель П.Г. Галахов получил патент на технологию получения пенобетона, похожую на метод, описанный Брюшковым, но несколько иную: требуемая пена по Галахову создается из водного раствора мыла, белковых компонентов или клея животного происхождения, а также «крепкого» водного раствора фуксового стекла (жидкого стекла на основе калия или натрия).
Каким-то новым материалом на строительном рынке России пеноблоки отнюдь не являются — в СССР 30-х годов блоки ячеистого бетона активно исследовались и уже к концу 40-х были построены несколько экспериментальных заводов, первые партии продукции которых применялись для теплоизоляции кровли объектов промышленного назначения. В начале 50-х в городе Березники Пермского края были построены несколько жилых зданий полностью из газобетона, но этот материал оказался подвержен трещинообразованию и от возведения зданий из автоклавного ячеистого бетона полностью отказались.
Пенобетон
Десятилетиями ячеистые бетоны применялись в основном в качестве утеплителя в промышленном строительстве, к примеру, при прокладке теплотрасс. Нужно отметить, что, несмотря на большие масштабы строительства зданий с использованием ячеистых бетонов за рубежом, именно в СССР велись наиболее глубокие исследования в этой области, советскими учеными был разработан ряд рецептур и технологий, удешевляющих производство ячеистых бетонов. И эти разработки активно перенимались западными учеными, слегка видоизменявшими и получавшими на них международные патенты — в СССР защите авторских прав не уделялось должного внимания.
На ячеистые бетоны у Госгражданстроя и Госстроя СССР были большие планы, полностью рухнувшие в 90-х. Сегодня производство ячеистых бетонов в России и СНГ вновь развивается, наибольший интерес современных строителей вызывают неавтоклавный ячеистый бетон, подходящий как для возведения внешних стен здания, так и для создания внутренних перегородок.
Пеноблоки — технология производства
Необходимые материалы для получения пенобетона:
вода. Ее показатели должны соответствовать требованиям ГОСТ 23732-79. Подходит теплая питьевая вода из городской сети водоснабжения;
цемент. В качестве вяжущего используется портландцемент марок М400 и М500 Д0 (не содержащий шлаковых включений);
песок. Просеянный, промытый, фракция не более 3 мм;
пенообразователь. Жидкий пеноконцентрат на органический или неорганической основе, белковый или синтетический. Первый тип пеноконцентратов используется при получении пенобетона в барокамерных установках, второй — в пеногенераторных установках. Следует отметить, что по совокупности качественных характеристик пенобетонные блоки, полученные в пеногенераторных установках и с использованием белковых пенообразователей, более прочны, однородны по внутренней структуре и более стойки к воздействию влаги.
В качестве наполнителя в пенобетонах наряду с молотым песком используют измельченный доменный шлак и золу-унос, образующуюся при сжигании угля в печах ТЭС.
Помимо основных, приведенных выше компонентов пеноблоков, в их состав некоторые производители вводят полипропиленовое фиброволокно, предназначенное для армирования пеноблока и эффективно препятствующее образованию трещин.
Фиброволокно, используемое при производстве пеноблоков, имеет 6 мм длину волокон, в массе выглядит как скрученная и разрезанная на полосы сеть — при перемешивании в миксере пенобетонной установки волокна разъединяются и распространяются по всему объему содержимого миксера. Килограмм фиброволокна содержит около 400 миллионов волокон — расход этого армирующего материала при производстве пеноблоков составляет порядка 0,6-1 кг на м3 смеси.
Рассмотрим устройство барокамерной и пеногенераторной установок.
Барокамерная установка. Состоит из установленной вертикально емкости баросмесителя и электродвигателя, размещенного на одной раме с баросмесителем. Внутри емкости барокамерного смесителя, в его нижней части, имеющей форму усеченного конуса, находится вал с лопастями для промешивания заложенных компонентов пенобетона, привод к которому осуществляется ременной передачей от электродвигателя. Для извлечения готового пенобетона в нижней части баросмесителя имеется кран с запорным устройством, на который одевается рукав шланга, через который и выполняется выгрузка пенобетонной массы. В оголовок емкости введен кран воздуховода, снабженный манометром, к которому подключается воздушный компрессор.
Пеногенераторная установка. Ее конструкция во многом схожа с устройством баросмесительной установки: горизонтально установленная емкость миксера, ближе к ее дну установлен вал, оснащенный лопастями, с приводом от электродвигателя, кран воздуховода с манометром и, на дне емкости миксера, кран выгрузки готового пенобетона. В отличие от барокамерной пеногенераторная установка оснащена емкостью, содержащей пенообразователь и компрессором, обеспечивающим дозированный ввод пенообразующей жидкости, что позволяет сократить ее расход и несколько повысить качество пеноблоков. Пеногенераторные установки, по сравнению с барокамерными, стоят дороже и имеют большие габаритные размеры, соответственно, их производительность выше.
Технологический процесс производства пеноблоков состоит из следующих последовательных операций: последовательный ввод исходных компонентов в миксер смесительной установки; их смешивание и получение готового пенобетона; выгрузка пенобетона в формы, предварительное отвердение изделий; извлечение пеноблоков и помещение их на площадку до полного отвердения; укладка на европоддоны, упаковка и маркировка партии.
Закладка сырья в миксер пенобетонной установки. Заливается строго отмеренная порция чистой, подогретой воды, засыпается мерное количество цемента, промытый песок заданной фракции, вводится вспененный пенообразователь (около 0,5-1,2 литров на м3 исходных компонентов, в зависимости от необходимой плотности пенобетона), закладывается полипропиленовое фиброволокно.
Смешивание пенобетона. Заложенные в емкость миксера компоненты пенобетона перешиваются в течение 6-10 минут (точное время смешивания зависит от характеристик пенобетонной установки) под воздушным давлением в 1,5 атмосферы.
Выгрузка пенобетона в формы. При помощи воздушного компрессора в емкости миксера поднимается давление до 2,5 атмосфер, готовый пенобетон подается через шланг высокого давления в металлические формы. Отвердение пенобетона происходит за 14 часов, затем блоки проходят сортировку и/или резку под заданные размеры.
Способы формовки пеноблоков по типоразмерам
Существует три способа получения пеноблоков заданного типоразмера из неавтоклавного ячеистого бетона: формовка и последующая сушка в формах кассетного типа; отливка в формы особой конструкции, после отвердения — автоматическая распалубка; заливка пенобетонной массы в металлическую форму без внутренних перегородок (объемом от 2-х до 3-х м3) с последующей резкой отвердевшей массы на блоки требуемых размеров.
Способы формовки пеноблоков по типоразмерам
Кассетная форма. Полностью разъемная, внешние и внутренние разделительные перегородки выполнены из металла, в собранном виде фиксируются металлическими клиньями, промазывается специальной смазкой. Заливка пенобетона выполняется без вибрации, отвердение блоков происходит за 24 часа, после чего форму расклинивают и извлекают из нее готовые блоки. Как правило, формы под пеноблоки универсальны, т.е. в одной и той же форме можно одновременно производить блоки толщиной 100 мм (перегородочные) и 200 мм (стеновые). Преимущества кассетных форм в невысокой стоимости и отсутствии потребности в квалифицированных рабочих, недостатки — низкая производительность, жесткая привязка к типоразмерам, отклонения в геометрии пеноблоков до 5 мм.
Формы с автоматической распалубкой. Выполнены из металла, внешний корпус неразъемный, внутренние перегородки разъемные, на внутренние поверхности отсеков формы наносится смазка. После заливки в них пенобетона размещаются на передвижных платформах-стеллажах, после отвердения (не менее 14-ти часов) помещаются в распалубочную установку, автоматически извлекающую пеноблоки из форм, очищающую и смазывающую ячейки формы под новую партию пенобетона. Преимущества — в простоте и эффективной производительности, недостатки — возможность производства пеноблоков исключительно одного типоразмера, настройка под другие типоразмеры невозможна. Расхождения по геометрии готовых пеноблоков составляет до 3 мм.
Отливка в форму с последующей резкой на блоки. Металлическая форма под отливку имеет разъемные внешние стенки, внутренних перегородок нет, перед вводом в нее пенобетона внутренние поверхности смазываются. Через 14-24 часа после размещения в форме пенобетона металлические клинья, удерживающие ее стенки между собой, выбиваются, пеноблок объемом 2-3 м3 поднимается при помощи траверса подъемником и помещается на тележку резательного комплекса. В этом устройстве при помощи шнека выполняется удаление «горбушки» с верхушки объемного пеноблока, продольно-поперечная резка по заданным типоразмерам производится витыми струнными пилами в автоматическом режиме. Резка одного объемного блока на пеноблоки заданных размеров занимает до 15 мин. Преимущества такого способа производства пеноблоков заключаются в высокой производительности, точном соблюдении геометрии конечного продукта (максимальное расхождение — 1,5 мм), возможности выпуска блоков любого размера. Недостатки — значительно болел высокая стоимость оборудования, потребность в квалифицированных работниках, отход (крошка), возникающий при распиловке объемного пеноблока (около 0,5% от исходного объема блока).
По получении пеноблоков окончательной геометрии, их укладывают на поддоны и, с помощью траверса и подъемника, перемещают на площадку для полного отвердения — срок набора окончательных прочностных характеристик занимает около 28 суток. Затем пеноблоки проходят выбраковку, оборачиваются стрейч-пленкой, маркируются и направляются на склад готовой продукции.
Производство пеноблоков регламентируется техническими условиями ГОСТ 25485-89 и ГОСТ 21520-89, а также инструкциями по изготовлению СН 277-80.
Характеристики пеноблоков
Производимые неавтоклавные пенобетоны подразделяются на 4 группы:
теплоизоляционные, плотность (объемная масса) в сухом состоянии 150-400 кг/м3, марка D150 — D400. Класс прочности — B0,5-0,75 для марки D400. Прочность пеноблоков D400 — 9 кг/см2. Класс прочности для марок ниже D400 не рассчитывается, морозостойкость не нормируется;
конструкционно-теплоизоляционные, плотность 500-900 кг/м3, марка D500 — D900. Класс прочности, морозостойкость и прочность — соответственно B1-2, F15-35 м 16 кг/см2 для марки D600; B1,5-2,5, F15-50 и 24 кг/см2 для марки D700; B2-3,5, F15-75 и 27 кг/см2 для марки D800; B2,5-5, F15-75 и 35 кг/см2 для марки D900. Марка D500 по морозостойкости и прочности не нормируется, прочность пеноблоков этой марки равна 13 кг/см2;
конструкционные, плотность 1000-1 200 кг/м3, марка D1000 — D1200. Класс прочности и прочность — B5-7,5 и 50 кг/см2 для марки D1000; B7,5-10 и 64 кг/см2 для марки D1100; B10-12,5 и 90 кг/см2 для марки D1200. Морозостойкость для всех марок в этой группе — F15-50;
конструкционно-поризованные, плотность 1 300-1 600 кг/м3, марка D1300 — D1600. Марки пенобетона этой группы не стандартизируются по ГОСТ, т.к. не производятся серийно.
Примечание: точные данные по прочности пенобетона данной марки напрямую зависит от качественных характеристик наполнителя, марки цемента, уровня влажности и температуры, в которых проходило отвердение пеноблоков. Приблизительно рассчитать прочность в кг/см2 можно следующим образом — разделив численное значение марки на два, т.е. для марки D1600 приблизительное значение прочности будет 80 кг/см2 (в действительности прочность будет выше, но тут лучше недооценить ее значение, чем переоценить).
Коэффициент теплопроводности пенобетона по маркам (в сухом состоянии, с песчаным наполнителем)( Вт/(м · °С)): D300 — 0,08; D400 — 0,1; D500 — 0,12; D600 — 0,14; D700 — 0,18; D800 — 0,21; D900 — 0,24; D1000 — 0,29; D1100 — 0,34; D1200 — 0,38.
Коэффициент паропроницаемости пенобетона по маркам (с песчаным наполнителем)( мг/(м · ч · Па)): D300 — 0,26; D400 — 0,23; D500 — 0,2; D600 — 0,17; D700 — 0,15; D800 — 0,14; D900 — 0,12; D1000 — 0,11; D1100 — 0,1; D1200 — 0,1.
Наиболее популярные типоразмеры пеноблоков: 200х300х600 мм (марки D600 м D800); 100х300х600 мм (марка D600).
Положительные и отрицательные характеристики пеноблоков
СМИ и интернет превратились в поле битвы производителей автоклавного и неавток