Пенобетон становится лучше, говорят кубанские ученые

При строительстве зданий и сооружений все более востребованными становятся новые материалы и технологии, позволяющие снизить затраты застройщика и улучшить свойства построенных объектов. В последнее время все чаще в строительстве применяют ячеистые бетоны. Дело в том, что традиционные стеновые материалы кирпич и керамзитобетон уже не соответствуют, ставшим жестче, требованиям к теплозащите ограждающих конструкций зданий. Ученые Краснодарского технологического университета разработали новые технологии производства пенобетона и они уже успешно применяются.

О новых разработках в получении изделий из пенобетона пониженной плотности мы попросили рассказать Виктора Федоровича ЧЕРНЫХ, профессора, кандидата технических наук. Он заслуженный изобретатель РФ, автор около пятидесяти изобретений. С 1978 года Виктор Черных возглавляет кафедру производства строительных изделий и конструкций факультета строительства и управления недвижимостью Краснодарского государственного технологического университета.

- Научно-исследовательскую работу на кафедре мы ведем в направлении создания новых материалов и технологий. С участием сотрудников кафедры разработаны: технология производства декоративных плит под мрамор и легкого бетона с высокими теплозащитными свойствами (стиропорпенобетона), составы комплексных добавок для модификации свойств бетонов, а также технологическая линия неавтоклавного пенобетона на отечественном оборудовании и сырье. Технология неавтоклавного пенобетона, разработанная кафедрой совместно с РНТЦ «Стройтехнология», не уступает немецким аналогам, но ее реализация обходится гораздо дешевле. Технология внедрена на ЗАО «Завод ЖБИ-2» города Краснодара, в Калининграде и в других регионах страны. На ряде предприятий эта работа велась под руководством кандидата химических наук, доцента кафедры физики Александра Филипповича Маштакова. Нами разработаны конструкция пеногенератора, состав сырьевой шихты и пенообразователя. Его выпуск организован в городе Новочеркасске. Наш выпускник Владимир Иванович Ницун, кандидат технических наук, стоял у истоков регионального научно-технического центра «Стройтехнология» по внедрению в производство пенобетона. Александр Витальевич Макарец, кандидат технических наук, директор научно-производственной фирмы «Блок-93», организовал производство пустотных блоков из мелкозернистого бетона, из которых построено несколько зданий в Краснодаре. Для заполнения пустот в стене можно использовать различные теплоизоляционные материалы. Например, пенобетон с добавлением рисовой шелухи по технологии, предложенной кандидатом технических наук Алексеем Юльевичем Щибря. В настоящее время в Краснодарском крае фирмой «СЭНЭМИ» организовано производство неавтоклавного газобетона. Наш выпускник пошел туда работать технологом. Они закупили недавно резательную установку в Калуге, осваивают ее.

- Давайте подробнее остановимся на производстве пенобетона.

- В России наиболее распространен автоклавный способ производства ячеистых бетонов, хотя многие исследователи указывают на положительные стороны неавтоклавного способа. Полная эксплуатационная усадка неавтоклавных ячеистых бетонов и их автоклавных близнецов примерно одинакова. В то же время старение неавтоклавного бетона увеличивает его прочность, а автоклавного, как правило, уменьшает. Необходимо лишь найти пути управления кинетикой усадки неавтоклавных ячеистых бетонов, над чем мы сейчас и работаем. Основными факторами, определяющими свойства пенобетона, являются характеристики материалов и технологические параметры. При этом большое значение имеет вид технологии. Это может быть соединение готового раствора с пеной, приготовление пенобетона при избыточном давлении, механическое образование пены в растворе, образование пены вакуумированием раствора и другие способы.

Увеличить производство этого эффективного стенового материала можно за счет строительства малых заводов, цехов и создания мобильных пенобетонных установок для монолитного строительства.

- Однако если бы дело было только за этим, мы бы уже давно все строили из пенобетона. Видимо, в его производстве есть подводные камни?

- Да, при выпуске пенобетонных изделий требуется высокий уровень технологической дисциплины и культуры производства: необходимо обеспечить точность дозировки, соблюдение технологических режимов, лабораторный контроль основных параметров при приготовлении пены и ячеистой смеси, а также формовании и последующих условиях твердения. Но часто на предприятиях, приобретя оборудование, не хотят осваивать и совершенствовать технологию. А это наносит ущерб качеству и иногда даже дискредитирует пенобетон.

При использовании баросмесительной установки изменение давления приводит к нарушению структуры, вспучиванию после заливки массы и ее осаждению. Если требуется получить пенобетон низкой плотности, приходится увеличивать расход воды, при этом устойчивость структуры резко снижается. Опыт показывает, что при использовании стержневого смесителя совместно с пеногенератором (супермиксер) трудно обеспечить постоянство технологических параметров, что может привести к появлению брака. Этот недостаток на наш взгляд не может быть устранен механическим способом, а только с помощью химических добавок.

- Зависит ли качество и свойства пенобетона от используемых при его производстве компонентов?

- На кафедре производства строительных изделий и конструкций КубГТУ и сотрудниками регионального научно-технического центра 'Стройтехнология' были проведены исследования зависимостей свойств пенобетона от применяемого цемента, вида и свойств пенообразователя, а также по разработке конструкции пеногенератора. В результате мы внедрили технологию пенобетона на производственной базе ЗАО "Завод ЖБИ-2" города Краснодара. На это потребовалось всего 4 месяца. Совместно с Новочеркасским заводом синтетических продуктов был разработан улучшенный состав пенообразователя, позволяющий получать устойчивую пену с плотностью 55-70 кг/м3, стойкую в цементном тесте. Разработанная технология рассчитана как на изготовление пенобетонных блоков, так и на монолитное строительство (мобильная пенобетонная установка) и не уступает по основным показателям зарубежным аналогам. А вот ее реализация обходится гораздо дешевле.

Положение осложняется тем, что в стране не производятся специальные цементы для изготовления пенобетона (с низкой нормальной густотой, укороченными сроками схватывания). Кроме того, некоторые цементы обладают ложным схватыванием, содержат большое количество добавок, а их активность не соответствует паспортным данным. Мы испытали портландцементы различных заводов с точки зрения пригодности для получения пенобетона и сочетания их с различными пенообразователями и химическими добавками. И пришли к выводу, что целесообразно использовать портландцементы Д-0, Д-20 и БТЦ Новороссийского завода «Пролетарий» марки М500 и выше при условии их соответствия стандарту по прочности и тонкости помола.

- На кафедре также велись исследования по подбору пенообразователя?

- Результаты исследований по получению пен и изучению их свойств показывают, что процессы пенообразования являются очень сложными из-за совместного влияния различных физико-химических, физико-технических и других факторов. Так при получении пенобетона очень важно сохранение пены в условиях воздействия щелочной среды, при механическом перемешивании пены и цементной системы, при формовании изделий.

Для возрождения пенобетона на новом техническом уровне необходимо разрабатывать и использовать пенообразователи, удовлетворяющие следующим требованиям: Они должны содержать при заданной плотности пены в 3-4 раза меньше органического вещества по сравнению с традиционными пенообразователями, для чего они при небольших концентрациях должны резко снижать поверхностное натяжение на границе вода-воздух. А так же сохранять стабильность при перемешивании с цементной системой и оказывать минимальное отрицательное воздействие на свойства цементного теста и камня (сроки схватывания цемента, прочность изделий и темпы ее роста в ранние сроки твердения).

На кафедре продолжается изучение свойств эффективных пенообразователей, способных давать устойчивую пену с достаточной кратностью. Подробнее об этом можно прочесть в научной работе – «Получение изделий из пенобетона пониженной плотности (опыт практической реализации)", написанной мною в соавторстве с А. Маштаковым, кандидатом химических наук, преподавателем Кубанского го¬сударственного технологического университета, В. Огульяном, инженером ООО "Евробалтстрой" и А. Столяровым, кандидатом биологических наук Карачаево-Черкесского филиала Ростовского государственного университета.

Кроме отмеченных показателей пенобетона большое значение имеет его стоимость с учетом удельного расхода на 1 куб.м, которая не должна превышать 10-20% удельной стоимости сырьевых материалов. Есть немецкий пенообразователь, но он в четыре раза дороже отечественных. Пенообразователь на основе смеси вторичных алкилсульфатов натрия, разработанный учеными кафедры совместно с сотрудниками Новочеркасского завода синтетических продуктов, ни чуть не хуже немецкого. Это подтверждено нашими исследованиями. А цена его составляет менее 10 процентов от стоимости вяжущего вещества.

- А комплексными добавками можно улучшить показатели пенобетона?

- Применение разработанных нами комплексных химических добавок дало возможность получить устойчивую пенобетонную смесь и достаточно хорошие показатели пенобетона пониженной плотности при относительно низких расходах цемента. Наши ученые выяснили механизм взаимодействия различных вяжущих веществ с применяемыми пенообразователями. Результаты исследования успешно внедрены на Калининградских предприятиях стройиндустрии. В качестве вяжущего вещества применялись портландцементы Акмянского и Старооскольского заводов. Результаты испытаний производственных замесов позволяют сделать вывод, что комплексная химическая добавка, вводимая в пенобетонную смесь, дает возможность получить устойчивую пенобетонную смесь и достаточно хорошие показатели пенобетона пониженной плотности при относительно низких расходах цемента. Сокращение расхода цемента достигнуто за счет добавки кварцевого песка. Естественно, что на одном цементе прочностные показатели были бы еще выше. Добавка песка была применена с целью уменьшения усадочных явлений при твердении пенобетонных блоков.

- Что в планах кафедры на ближайшее время? Каковы, на ваш взгляд, перспективы производства пенобетона в России?

- Работа по получению пенобетона плотностью меньше 700 кг/м3 продолжается. В лабораторных условиях получен пенобетон с плотностью от 205 до 690 кг/м3 и пределом прочности при сжатии через 28 суток от 0,45 до 7,5 МПа соответственно. На одном из предприятий Зеленограда Московской области по нашей технологии начали выпускать в промышленном масштабе пенобетонные изделия с размером 600 Х 300 Х 200 мм и маркой по плотности ДЗОО.

Мы занимаемся разработкой широкого спектра комплексных добавок, которые проверяются экспериментальным путем на совместимость с цементами различных заводов и пенообразователями. Совместное сочетание добавок разных классов позволяет получить такие составы, которые способствуют ускорению оборачиваемости форм. Мы занимаемся также разработкой составов для кладки пенобетонных блоков и для их штукатурки. В настоящее время эти вопросы решены не в полной мере. Одним из путей улучшения сцепления растворов с пенобетоном является применение полимерных волокон, которые одновременно повышают его трещинностойкость, а так же использование комплексных химических добавок многоцелевого назначения. Разработка с их применением кладочных и штукатурных составов требует внимания ученых.

По поводу перспектив внедрения производства пенобетона и использованию его в строительстве могу сказать, что только в 2003 году в России на 40 установках изготовлялось 1млн. 400 тысяч кубометров автоклавного бетона, на 200 установках производилось 600 тысяч кубометров неавтоклавного пенобетона. К 2020 году предполагается увеличить производство и того, и другого в 10 раз. Пока производство неавтоклавного пенобетона тормозит низкая производительность. С учетом достижений науки при решении вопроса трещинностойкости, улучшения сцепления штукатурного слоя с пенобетоном в производстве пенобетона есть хорошие перспективы. Это качественный современный строительный материал с высокими показателями.