ТЕХНОЛОГИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ

Технология ячеистых бетонов

Производство изделий из теплоизоляционного ячеистого бето­на включает следующие основные технологические операции: под­готовку сырьевых материалов, приготовление ячепстобетонной смеси, формование изделий и их тепловлажностную обработку.

Подготовка сырьевых компонентов. Для того чтобы обеспечить повышенную устойчивость поризованной массы на стадиях формо­вания изделий и набора структурной прочности, а также для соз­дания большего объема цементирующих новообразований при твердении, в технологии теплоизоляционных ячеистых бетонов ис­пользуют тонкодисперсные композиции. Тонкому измельчению подвергаются кремнеземистый компонент и известь. Цемент и алюминиевая пудра, как правило, помолу не подвергаются, так как они уже имеют достаточно высокую удельную поверхность. Однако дополнительное измельчение этих компонентов в составе смеси обеспечивает акгпвнвзацпю вяжущего и газообразователя, а также существенно повышает однородность смеси, что положи­тельно отражается па всех свойствах ячеистого бетона н позво­ляет получать материалы с низкой средней плотностью (подроб­нее см. гл. 5).

На практике применяют два способа подготовки сырьевых ма­териалов:

Мокрый помол основной массы кремнеземистого компонента (песка) и сухой помол известково-песчаного вяжущего (при со­отношении п. шестт.'песок, равном 1 '?) Содержание ионы в пес­чаном шламе поддерживают на уровне, обеспечивающем хорошую его текучесть (плотность шлама около 1,6 г/см3);

•.чп>

Совместный сухой помол компонентов сырьевой шихты — изве­сти, цемента и песка при влажности последнего не выше 2% по массе.

После помола основные компоненты сырьевой смеси должны характеризоваться следующей дисперсностью Sya, см2/г: кремне­земистый компонент (песок)—не менее 1500...2000; известь — 4500 ... 5000; цемент — 3000 ... 4000.

Как мокрый, так и сухой помол должен проводиться в присут­ствии ПАВ, что интенсифицирует измельчение, частично предот­вращает агрегирование (слипание) частиц, уменьшает намол ме­талла. Дозировка ПАВ — 0,1... 0,25% от массы сухих компонен - тов.

Приготовление ячеистобетонной смеси. Способы приготовления формовочных масс зависят от принятой на данном производстве технологии (литьевой или вибрационной) и вида применяемого иорообразователя. Эта технологическая операция при газо - и пе- нобегоппом производствах имеет различные конечные задачи При газобетонной технологии приготовление формовочной смеси вклю­чает дозирование и смешивание всех компонентов до получения однородного раствора с заданными технологическими свойствами. Поризация раствора в этом случае происходит на стадии формо­вания изделий. Наиболе важным фактором, влияющим на яче­истую структуру ячеистобетонной смеси и готового ячеистого бе­тона, является равномерность распределения небольшого количе­ства (0,6... 0,7 кг/м3) газообразователя (алюминиевой пудры) во всем объеме смеси.

При пенобетонной технологии конечной целью данной техно­логической операции является получение готовой поризованной массы с заданными характеристиками.

Газобетонную смесь приготовляют следующим образом. От - дозированные компоненты смеси загружают в вертикальный са­моходный газобетоносмеситель емкостью 5 м3 при включенном перемешивающем механизме. Загрузку производят в такой после­довательности: песчаный или зольный шлам, недостающее коли­чество воды, вяжущее, газообразователь. Добавки — гипс, жидкое стекло, ПАВ и др. —вводят в смеситель совместно с вяжущим. Алюминиевую пудру обезжиривают путем активного перемеши­вания в растворе ПАВ и вводят в приготовляемую газобетонную смесь в виде суспензии.

Перемешивание составляющих до загрузки газообразователя производят 3... 5 мин, после загрузки газообразователя—1 ... ... 3 мин во время перемещения газобетоносмесителя к формовоч­ному посту.

При вибрационной технологии перемешивание осуществляется при вибрации корпуса смесителя.

При нрш отоплении смеси для пенобетона в смеси гель с гото­вым раствором, содержащим кремнеземистый компонент, вяжу­щее и добавки, вводят техническую пену, которую получают в специальном пеновзбивателе. Газобетонную смесь приготовляют в одном смесительном аппарате, а пенобетонную ячеистую мас­су— в трехбарабанном, реже в двухбарабанном смесителе (пено - бетоносмеснтеле).

Приготовление формовочных масс для газобетона предусмат­ривает подогрев шлама и воды до 40... 50°С для достижения тем­пературы смеси не ниже 35°С. Это обеспечивает интенсификацию взаимодействия алюминиевой пудры с Са(ОН)2 раствора.

Проектирование составов ячеистобетонных смесей осущест­вляют, исходя из заданной средней плотности ячеистого бетона, применяемых видов вяжущего и кремнеземистого компонента, ви­да тепловлажностной обработки. При этом стремятся получить максимальную прочность при минимально возможном расходе вя­жущего и порообразователя.

Подробно проектирование составов теплоизоляционных ячеис­тых бетонов изложено в лабораторном практикуме по технологии теплоизоляционных материалов.

Формование изделий из газо - и пенобетонной смеси. Газобе­тонная технология предусматривает вспучивание (поризацию) ячеистобетоннон смеси до заданных значений средней плотности непосредственно в форме. При пенобетонной технологии пенобе - тонная масса с заданными значениями пористости или средней плотности, достигнутыми в пенобетоносмесителе, заливается в формы на полный объем, причем в дальнейшем значительного из­менения пористости не происходит.

В технологии газобетонных изделий стадия формования — од­на из важнейших технологических операций, так как именно на этой стадии происходит формирование пористой структуры мате­риала. Основное условие в этом процессе, которое должно не­укоснительно соблюдаться, — соответствие кинетики газовыделе­ния изменению реологических свойств массы.

Регулирование интенсивности этих двух процессов осущест­вляют путем изменения температуры поризуемой массы, а также изменением се водосодержання в совокупности г введением ПАВ или путем приложения к ней внешних динамических воздейст­вии— вибрации. В соответствии с этим на практике применяют литьевую или вибрационную технологию формования глзобстон - ных изделий.

При литьевой технологии вспучивание яченстобетопной массы происходит в неподвижных формах в течение 25 ...50 мин, при вибровспучивании форму со смесью, установленную на впбро - площадке, вибрируют в течение всего процесса газовыделення (3...6 мин) с частотой 15... 150 ГЦ и амплитудой 0,6...0,2 мм.

Средняя плотность газобетона при постоянной дозировке га­зообразователя зависит от газоудержпвающеп способности смеси, которая, п свою очередь, определяется іимеиепнсм во времени ее структурно механических хараки риешк. Гс. ін смесь после газо­выделення но будет обладать определенной устойчивостью (струк­турной прочностью), произойдет ее осадка, сопровождающаяся «ложным кипением» — прорывом газа из массы. В этом случае структура ячеистого бетона будет характеризоваться наличием большого количества сообщающихся пор, неоднородностью рас­пределения пористости, неправильной формой пор. Если же схва­тывание будет опережать газовыделение, то смесь затвердеет до того, как завершится газовыделение и заданная средняя плотность ячеистого бетона не будет достигнута. В этом случае межпоровые перегородки будут пронизаны трещинами, не исключено наличие крупных трещин в массиве изделия. В результате эксплуатацион­ные показатели материала будут существенно снижены.

Для исключения этих негативных явлений в процессе вспучи­вания и структурообразования газобетонных смесей необходимы условия, при которых скорости обоих процессов (газовыделения и изменения реологических свойств смеси) окажутся строго сба­лансированными. Причем наилучшие условия для формирования структуры газобетона создаются тогда, когда показатели реоло­гических свойств смеси возрастают медленно в начале процесса газообразования, а в конце его — быстро.

При литьевой технологии достижение необходимых условий для поризации газобетонной смеси осуществляют, изменяя ее тем­пературу и водосодержание, вводя пластифицирующие добавки.

Наиболее эффективным приемом является вибровспучивание. Вибрационная технология, разработанная в СССР, базируется на использовании высоковязких газобетонных смесей с низким водо - твердым отношением — около 0,35... 0,4 против 0,55 ...0,65, опти­мального для литьевой технологии. Под воздействием вибрации происходит тиксотропное разжижение газобетонной массы за счет высвобождения иммобилизованной воды. Кроме того, частицы массы при вибрации находятся в движении, т. е. система течет. В этих условиях предельное напряжение сдвига системы, оказы­вающее сопротивление образованию газовых пузырьков, снижает­ся до минимума, что существенно облегчает начало порообразо­вания в массе. Вязкость же массы может легко регулироваться изменением исходного водосодержания и интенсивности вибрации, которая предопределяет степень разрушения структуры пластич­но-вязкой системы (смеси) и, следовательно, изменение ее вяз­кости.

Прн вибровспучиванпи весьма полезно введение в смесь пла­стифицирующих добавок, что позволяет дополнительно снизить водосодержание смеси. При изготовлении теплоизоляционных га­зобетонных изделий, как показывает практика, наилучшие техни­ко-экономические показатели достигаются при формовании круп­ных массивов с последующей их резкой на плиты заданных раз­меров. Прн формованім) таких массивов по вибрационной техпо- лої пи решающее влияние на условия поризации оказывают пара­метры ппГфнцпопиой обработки, которые должны изменяться в процессе вибровспучнвания: в начале процесса (до начала актнв - ного газовыделения) должна применяться низкочастотная вибра­ция с большой амплитудой («=10...25 Гц, /4=1... 1,25 мм), а при активном газовыделенни — высокочастотная вибрация (п = = 100.. 150 Гц, Л = 0,15... 0,2 мм). Она может передаваться на массу с помощью плавающего виброщнта. Предпочтительнее при­менять горизонтально направленную вибрацию, воздействие кото­рой уменьшает вероятность вскипания массы при вспучивании, т. е. прорыва массы выделяющимися газами.

После прекращения вибрационных воздействий быстро восста­навливаются разрушенные вибрацией структурные связи, в ре­зультате резко возрастают пластическая прочность и несущая способность порнзованной массы, исключается ее осадка.

Таким образом, применение комплексной вибрационной техно­логии позволяет значительно снизить водотвердое отношение, ин­тенсифицировать технологический процесс изготовления ячеисто­го бетона, повысить качество изделий.

Снижение водотвердого отношения (водосодержанпя) обеспе­чивает повышение плотности и прочности цементного камня, ин­тенсификацию твердения вяжущего, уменьшение затрат теплоты на прогрев изделий в процессе их тепловлажностной обработки, уменьшение послеавтоклавной влажности, улучшение микропори­стой структуры межпоровых перегородок (уменьшение доли ка­пиллярных пор) и повышение физико-технических свойств мате­риала (снижение влажностной усадки, уменьшение водопоглоще - ния, повышение морозостойкости).

Интенсификация технологического процесса при применении вибрации выражается в ускорении процессов: гомогенизации на стадии приготовления ячеистобетонных масс за счет оптимизации реологических свойств и вибрационного перемещения частиц; га­зовыделения вследствие увеличения рН смеси, обнажения новых реакционных поверхностей на частицах алюминиевой пудры за счет «сдирания» продуктов реакции между А1 и Са(ОН)2; схва­тывания массы и приобретения массивами прочности, достаточ­ной для их разрезки; тепловлажностного твердения массы из-за повышенной температуры массивов в момент начала тепловлаж­ностной обработки.

Для получения теплоизоляционного бетона низкой средней плотности эффективно применять предварительную порнзацшо смеси, так называемую газопенную технологию Этот технологи­ческий прием осуществляют, аэрируя песчаный шлам на стадии мокрого помола песка в присутствии ПАВ или формовочную смесь на стадии приготовления ячеистобетонной массы в смеси­тельном аппарате.

Формование газобетонных массивов осуществляют в металли­ческих формах пысотой до 600 мм Перед заливкой массы формы должны быть тщательно очищены, смазаны, стыки уплотнены. Формы заполняют формовочной массой за один прием на высоту, обеспечивающую полное заполнение формы после вспучивания

•лы (высота заполнения составляет примерно 1/3). Высоту заполнения форм в зависимости от заданной средней плотности изделий оп­ределяют по формуле

Л = 1,2Л0-^, (10.1)

Рр

Где ho — высота формы; рм — заданная (расчетная) средняя плот­ность вспученной массы; рр — средняя плотность раствора.

Для обеспечения нормального вспучивания формовочной мас­сы температура окружающей среды должна быть не ниже 18°С.

При литьевой технологии применяют стендовый метод. В этом случае формы устанавливают вдоль пути передвижения газобето­носмесителя, формы после их заполнения смесью не должны пере­мещаться или подвергаться сотрясениям вплоть до окончания про­цесса вспучивания и схватывания массы.

Формование изделий при вибрационной технологии осущест­вляется по агрегатно-поточной или конвейерной схеме. Подготов­ленные формы подаются на виброплощадку, жестко крепятся на ней, заполняются смесью и подвергаются вибрационной обработ­ке, которая начинается одновременно с началом заливки массы. После окончания вибровспучивания форма передается на пост вызревания для набора прочности, обеспечивающей снятие гор­бушки и разрезку массива (его примерные размеры 6X1.5X0,6 м) на изделия. Горбушка образуется только при газообразовании, в пенобетоне она отсутствует. Операции по удалению горбушки и разрезке массивов производят на специальной машине с помощью металлических струн, совершающих возвратно-поступательное и вращательное движения.

Тепловлажностная обработка. Этот технологический процесс при получении эффективных теплоизоляционных ячеистых бето­нов осуществляется автоклавированием при давлении 0,8... ... 1,3 МПа и температуре водяного пара 175... 191°С (в автокла­вах диаметром 2; 2,6 или 3,6 м). Автоклавную обработку приме­няют для увеличения прочности изделий за счет связывания из­вести, которая вводится в сырьевую смесь для активизации газо­образования или в качестве основного компонента вяжущего, с кремнеземистым компонентом.

По А. В. Волженскому, автоклавная обработка проходит в три стадии. Первая стадия начинается с момента пуска пара в авто­клав и заканчивается при достижении равенства температур теп­лоносителя и изделий по всей их толщине. Изделие нагревается двумя путями: за счет теплопроводности и теплотой, выделяю­щейся при конденсации пара, который проникает в материал че­рез его поры. При этом влажность изделий увеличивается. На­чало второй стадии соответствует моменту выравнивания темпе­ратуры изделия по его сочетанию. Решающие факторы, опреде­ляющие скорость прогрева изделий, — интенсивность подъема дав­ления пара на первой стадии, значения исходной температуры и влажности ячеистобетонной массы. Быстрый подъем давления в автоклаве, повышение температуры массива во время поризации массы и снижение его влажности позволяют существенно сокра­тить продолжительность первой стадии и всего цикла автоклав - нон обработки (табл. 10.2).

Начало второй стадии автоклавной обработки совпадает с мак­симальным развитием химических и физико-химических процес­сов, обусловливающих формирование структуры цементирующего вещества и интенсивный набор прочности материалом. Основным процессом в автоклаве является взаимодействие Са(ОН)2 и Si02, в результате которого образуются гидросиликаты кальция. Пер­воначально в результате избытка насыщенного раствора Са(ОН)2 и недостатка в растворе силикат-ионов (вследствие медленного растворения кремнезема) образуются богатые известью двухос­новные гидросиликаты кальция C2S(HA). В дальнейшем при пол­ном связывании свободной Са(ОН)2 в высокоосновные гндроси - лнкаты кальция продолжающийся процесс растворения кремнезе­ма приво/шт к образованию ннзкоосновных гндросиликатов каль­ция CSH(B) и тобермарита.

Формирование этих новообразований сопровождается интен­сивным набором прочности. В случае применения смешанного вя­жущего (цемент:известь^ 1:1) или цемента с 10%-ной добавкой извести помимо указанных процессов происходит ускоренное гпд- ратационное твердение клинкерных минералов по обычной схеме.

Продолжительность второй стадии - изобарогермнческой вы­держки— определяется дисперсностью, активностью п соотноше­нием компонентов вяжущего, а также водотвердым отношением и температурой обработки. На конечную микроструктуру межпо­ровых перегородок существенное влияние оказывают такие фак­торы, как тонкость помола кремнеземистого компонента, количест­венное соотношение межчу известью п кремнеземистым компонен­том с учетом активности извести. С повышением топкости помола кремнеземне того компонента быстрее и полнее протекают процес­сы образования CSH(B). Для получения ннзкоосновных сплпка-

■iVi тов кальция соотношение между известью и кремнеземистым ком­понентом должно находиться в определенных пределах и уточ­няться с учетом активности извести и вида применяемого кремне­земистого компонента. Например, за исходное соотношение меж­ду вяжущим и кремнеземистым компонентом (при активности из­вести 70%) рекомендуется принимать (в весовых частях В:К): при применении портландцемента с 10%-ной добавкой извести ~1:1; при смешанном вяжущем (Ц:И=1) ~ 1:1,5; при исполь­зовании только извести —1:3.

Третья, конечная стадия автоклавной обработки — снижение температуры и давления пара. При этом из изделий интенсивно испаряется вода, что вызывает значительные напряжения, иногда превышающие прочность ячеистого бетона и приводящие к обра­зованию трещин в изделиях. Для предотвращения трещинообра - зования при коротких режимах охлаждения применяют ступен­чатый режим снижения давления пара.

Для испарения как можно большего количества воды из изде­лий в конце охлаждения в автоклаве создают некоторое разреже­ние, т. е. производят вакуумирование. Рациональные режимы ав­токлавной обработки теплоизоляционного ячеистого бетона при­ведены в табл. 10.3.

При выпуске калиброванных теплоизоляционных изделий за­готовки, на которые ячеистобетонные массивы разрезаются до или после автоклавной обработки, фрезеруют. Калиброванные изде­лия могут подвергаться поверхностной гидрофобизации на кон­вейерной линии для уменьшения увлажнения при транспортиро­вании и монтаже. Готовые изделия из теплоизоляционного ячеис­того бетона должны быть упакованы в пакеты и храниться в по­мещениях с хорошей вентиляцией. Транспортировать изделия сле­дует в контейнерах, предохраняющих бетон от воздействия атмо­сферной влаги.

10.3. Перспективные направления совершенствования технологии и повышения качества теплоизоляционного ячеистого бетона

Ные исследования, выполняемые советскими и зарубежными уче­ными, показывают возможность дальнейшего существенного по­вышения качества теплоизоляционных ячеистых бетонов: сниже­ния средней плотности, повышения прочности и морозостойкости, уменьшения гигроскопичности. Поэтому совершенствование техно­логии теплоизоляционных ячеистых бетонов должно вестись 13 сто­рону стабильного получения в заводских условиях изделий со средней плотностью 180... 200 кг/м3, прочностью при сжатии не менее 0,4 МПа и теплопроводностью 0,06... 0,07 Вт/(м-°С).

Исследования, выполненные в МИСИ им. В. В Куйбышева, НИПЖВе Госстроя СССР, ВПИПТенлопзоляцпп, других научно - исследовательских институтах н вузах, позволяют наметить тех­нологические приемы, обеспечивающие достижение таких пока­зателен свойств теплоизоляционных ячеистых бетонов.

Достигнуто это может быть путем формирования силикатного камня повышенной прочности, создания в материале поровой структуры, характеризующейся равномерным распределением пор в объеме изделия, и рациональным соотношением ячеистой и ка­пиллярной пористости.

Повышение прочностных показателей силикатного камня, об­разующего несущий скелет ячеистого бетона, достигается следую­щими технологическими средствами:

Применением кремнеземистого компонента полнфракционного состава с целью снижения его межзерновой пустотностн и соот­ветственно расхода вяжущего при одновременном повышении плотности межпоровых перегородок;

Повышением однородности яченстобетонной смеси; введением в состав яченстобетонной смеси тонкодиспергнро - ванных природных или искусственных стекол, приобретающих при автоклавной обработке в присутствии добавок-активизаторов твердения или без них высокие прочностные показатели; дисперсным армированием тонковолокнистой добавкой; повышением однородности яченстобетонной смеси за счет при­менения совместного помола компонентов и интенсивного переме­шивания в скоростных внбро - и гидродинамических смесителях;

Осуществлением предавтоклавного «вызревания» яченстобетон - ных массивов в специальной камере при температуре 80... 90°С и влажности воздуха не выше 75%, что обеспечивает равномерный прогрев массы и снижение ее влажности более чем в 2 раза.

Формирование высококачественной структуры ячеистой пори­стости с общим объемом более 90% может быть достигнуто в результате: повышения однородности распределения алюминие­вой пудры в яченстобетонной смеси; предварительной поризации массы на стадиях мокрого помола кремнеземистого компонента или при приготовлении ячеистобетонной массы в смесителе пу­тем применения воздухововлекающих добавок; применения спе­циальных газообразователей — гидрофильных газопаст и газопе- нопаст, характеризующихся отсутствием эффекта «старения» и хорошим распределением в ячеистобетонной массе, способствую­щих дополнительному воздухововлечению при перемешивании яченстобетонного раствора в смесителе; создания интенсивных внешних механических воздействий (вибрационных, колебатель­ных, ударных, ультразвуковых и т. д.) на стадии вспучивания ячеистобетонной массы.

На стадии автоклавного твердения целесообразно запаривание при интенсивном подъеме температуры и давления предваритель­но разогретых и подсушенных ячеистобетонных массивов; изоба - ротермпческая выдержка должна быть короткой для предотвра­щении деструктивных явлений, которые могут иметь место в ре­зультате рекристаллизации новообразований. Однако она должна быть достаточной для обеспечения полного прохождения реакций, в результате которых образуются низкоосновные силикаты каль­ция. При назначении продолжительности изобаротермальной вы­держки необходимо также учитывать массивность запариваемых изделий.

Сброс давления следует осуществлять быстро, в течение 1,5... ... 2 ч, что позволяет существенно снизить влажность изделий пос­ле автоклавной обработки.

Для повышения долговечности теплоизоляционных изделий из ячеистого бетона их поверхность следует покрывать специальны­ми эмульсиями латексов, жидким стеклом, затирочными раство­рами с битумом, отходами нефтехимического синтеза.

Следует также иметь в виду, что извлечение ячеистобетонных изделий из автоклава после гидротермальной обработки сопро­вождается возникновением (особенно в массивах) значительных термических и влажностных напряжений, которые могут приво­дить к образованию микротрещин в силикатном камне и, как следствие, к снижению долговечности изделий.

Термические напряжения в изделиях возникают в результате температурного перепада между окружающей средой и темпера­турой изделий. Напряжения этого рода от с достаточной степенью точности можно определить, пользуясь следующей зависимостью:

Ат = KEaAt (1 — v), (10.2)

Где К — коэффициент релаксации напряжений, зависящий от структурных характеристик силикатного камня (он всегда боль­ше 0 и меньше 1); Е — модуль упругости силикатного камня; а — коэффициент линейного термического расширения силикатного камня; v — коэффициент Пуассона; At — разность температуры поверхности изделия и окружающей среды.

Неравномерная деформация изделий, обусловленная влагоот­дачей при их остывании, также является причиной возникновения напряжений (влажностных) ow, величина которых зависит от ин­тенсивности влагоотдачи ячеистым бетоном itn, т. е.

Ow=f(im). (10.3)

Таким образом, суммарное внутреннее напряжение, возникаю­щее в остывающем ячеистом бетоне, равно

° = + О0-4)

Если а превышает прочность силикатного камня при растя­жении, т. е. если а>стр, то в нем возникают микротрещины, ко­торые развиваются в процессе эксплуатации.

На напряженное состояние ячеистого бетона оказывают влия­ние следующие факторы: микроструктура силикатного камня; анизотропия свойств ячеистого бетона (чем она ниже, тем больше значения коэффициента Пуассона и тем меньше напряжения); объем капиллярной пористости (чем он меньше, тем ниже напря­жения); температурный градиент, который существенно влияет на ат и снижение которого значительно уменьшает внутренние напряжения в ячеистом бетоне; градиент потенциала переноса влаги в материале, уменьшение которого благоприятно сказыва­ется на напряженном состоянии изделий.

Из всех перечисленных факторов наиболее легко управляемы­ми являются два последних. Их можно регулировать, применяя достаточно простые технологические приемы. Например, вакууми - рование автоклава позволяет существенно снизить влажность изделий; выдерживание изделий в специальных камерах при влажности воздуха 80 ...90% и температуре 60...80°С в течение 3... 6 ч практически полностью предотвращает образование ми­кротрещин и примерно на 20% позволяет увеличить прочность ячеистого бетона.

В последнее время разработаны высокопроизводительные ус­тановки— пеногенераторы, применение которых в сочетании с вы­сокоэффективными пенообразователями делают способ ценообра­зования при производстве ячеистых бетонов весьма перспектив­ным. Особенно хорошие результаты получены прн способе сухой минерализации пены. В этом случае широкое использование мо­жет найти пеногипс.