ВСЕ О ПЕНОБЕТОНЕ

Технологический регламент — метод сухой минерализации

Метод сухой минерализации вовсе не новинка, как думают многие. Ему уже больше 40 лет. Это разработка МИСИ, создателем которой по праву на­зывают Адольфа Петровича Меркина.

Опишу вкратце суть метода. Если по другим методикам вода как один из участников химической реакции, в результате которой формируется цемент­ный камень, вводится в качестве самостоятельного ингредиента, то метод сухой минерализации основан на том, что вода вводится в систему в составе пены.

Благодаря этому методу стало возможным вводить сухую смесь вяжущего и заполнителей в низкократную пену (мало пены - много воды).

Метод сухой минерализации сулит ощутимые преимущества перед всеми остальными, поскольку существенно упрощается такой сложный и капризный технологический передел, как пеногенерация и обеспечение постоянства за­данной плотности пенобетона. Поэтому большинство крупных производите­лей, ориентированных на индустриальное производство пенобетона, работают именно по способу сухой минерализации.

Производители оборудования для изготовления пенобетона как по тра­диционному методу, так и по баротехнологии, конечно, могут утверждать, что, дескать, именно эти способы самые распространенные. И в чем-то они будут правы. Если считать единичные установки, то, несомненно, полукустарные «шарашки», в которых установлено именно такое оборудование, превалиру­ют, - пенобетон сейчас не делает только ленивый. Если подсчитать объемы производимой продукции, то окажется, что по методу сухой минерализации производится процентов 90 всего пенобетона. (Прошу не путать - в данном контексте речь идет именно о пенобетоне, то есть ячеистом безавтоклавном бе­тоне, в котором вяжущим выступает портландцемент, а организация поровой структуры осуществляется пеной.)

Очень важным фактором при производстве пенобетона по методу сухой минерализации, особенно на пенах кратностью до 6, является предельная про­стота и унифицированность всего оборудования.

Так как минерализация низкократной пены не меняет (как и во всех дру­гих способах), а только фиксирует ее основные характеристики (объем вовле­ченного воздуха, характер организации порового пространства, форму пор), то и управлять эксплуатационными характеристиками пенобетона становится возможным исключительно за счет изменения кратности пены.

При кратности 4 объем вовлеченного воздуха составляет примерно 75 % (теоретический предел упаковки сферических пор одинакового размера; данное утверждение подтверждается математическими формулами). Следовательно, такая кратность наиболее оптимальна для получения конструкционно-тепло­изоляционного пенобетона с замкнутой структурой пор, мелкопористой струк­туры и с толстыми сплошными межпоровыми перегородками (посредственные теплофизические качества, но максимально достижимая прочность при мини­мальном водопоглощении). Обычно при кратности пены 4 получают пенобетон плотностью 600-900 кг/м3 при В/Т = 0.4-0.5.

Еще один весьма существенный момент, которым порой неоправданно злоупотребляют производители (чаще всего начинающие и те, кто слепо до­веряет рекламной информации): пены такой низкой кратности имеют очень толстые межпоровые пленки. И особенно толстые - в межузлиях воздушных пузырьков. Этот фактор, а также отсутствие жесткой фиксации смежных пор друг относительно друга, создает теоретическую возможность использования немолотых компонентов. Вплоть до использования крупных песков, которые из-за толстых пленок не способны прорвать пенные пузырьки. Теоретически все верно. И данная схема была с успехом реализована как у нас, так и за рубе­жом (в частности, использовались барханные пески Средней Азии без предва­рительного помола). Но на практике такой замечательной возможностью вос­пользоваться практически не удается.

Для пены кратностью выше 4 уже характерна полифракционная структура сферических пор - поры еще сохраняют сферическую форму, но они уже разной размерности. По мере увеличения кратности полифракционность возрастает. При кратности 6 теоретически достижимая плотность упаковки пор составляет 83 %. Минеральная смесь, введенная в такую пену, зафиксирует подобную по­лифракционность и унаследует от ней весь потенциал дефектности и несовер­шенства поровой организации. После отверждения пенобетона это обусловит открытую пористость; в зоне соприкосновения пор разной размерности могут образоваться нарушения цельности межпоровых перегородок. Возникновение подобных точечных дефектов обуславливается тем, что в этих местах прослой­ки жидкой фазы между пенными пузырьками становятся меньше, чем размер зерен минерального порошка, а потому минерализация и фиксация пенного пу­зырька вяжущим здесь не произойдет.

Такие точечные дефекты не очень сильно влияют на прочность межпоро - вых перегородок (прочность пенобетона уменьшается незначительно), но они уже сформируют открытую пористость - отдельные поры разной размерности не разделены сплошной, целостной межпоровой перегородкой, а имеют воз­можность сообщаться между собой. Данный факт, с одной стороны, обуславли­вает повышенную водопроницаемость такого пенобетона, а с другой - придает ему высокие звукопоглощающие характеристики в широком диапазоне частот.

С учетом вышесказанного, метод сухой минерализации при использовании пены кратностью 6 широко используется при производстве перегородочного пенобетона плотностью 300-450 кг/м3, а также пеногипсовых звукопоглощаю­щих и звукоизолирующих плит.

На строительных объектах, где предполагается облицовка, особое значение приобретают характеристики работы материала на изгиб. Именно в этой сфере применения (а не везде, как это рассказывают рекламные СМИ) имеет смысл реализовать в пенобетоне различного рода методики, направленные, прежде всего, на повышение его прочности на изгиб (армирование, микроармирование, введение водорастворимых полимеров и так далее).

У пены кратностью 9 количество вовлеченного воздуха теоретически со­ставляет 89 %.

Увеличение кратности до 14 увеличивает воздухосодержание пены уже до 93 % Если такую пену зафиксировать минерализатором, то можно получить особо легкий теплоизоляционный пенобетон плотностью 150-250 кг/м3 ( при­чем с сохранением В/Т на уровне 0,5-0,6).

Однако, как уже говорилось выше, увеличение объема воздушной фазы (повышение кратности пены) обуславливает все возрастающее несовершенство поровой организации такой пены - она все больше и больше перестраивается в жесткую и плотную упаковку частично или полностью деформированных сфе­рических пузырьков, которые разделяет хоть и множество, но тонких прослоек. В зонах соприкосновения этих пор прослойки вообще становятся плоскими и чрезвычайно тонкими. В таких сверхтонких прослойках уже недостаточно воды для нормальной гидратации цемента. Кроме того, в тонкие прослойки не может внедриться минерализатор, чтобы «бронировать» пенный пузырек.

Особенно заметным такая перестройка поровой организации пены, влеку­щая за собой существенные изменения в структуре и прочности пенобетона, на­чинается на рубеже кратности пены, равной 9. Поэтому применение для сухой минерализации пен кратностью 9 и выше чревато уже очень серьезными по­следствиями. Пониженная подвижность пенных пузырьков и наличие огром­ного количества тончайших контактных зон, в которых минерализация вообще невозможна, предопределяют повышенную склонность таких пен к саморазру­шению при минерализации, что является важным технологическим мотивом повышения В/Т > 0.7. Как одно из частичных решений для этого случая - при­менение вяжущих низкой водопотребности, например, ВНВ.

(Очень часто ВНВ изготавливают и используют на местах, вводя при по­моле суперпластификаторы качестве интенсификаторов помола и дезагрега - таторов. В отечественной практике был детально отработан технологический регламент с использованием суперпластификатора класса нафталинформаль - дегидов - С-3.)

Однако в любом случае пенобетон имеет явно выраженную дефектность межпоровых перегородок. Они уже перестают работать на сжатие (кессонная схема нагружения), а воспринимают нагрузку только на изгиб. Это предо­пределяет их крайне низкие прочностные характеристики, которые зачастую не способны обеспечить даже самонесущие свойства. Поэтому пенобетон, по­лученный на пене кратностью выше 9, обычно используется только при изго­товлении «заливочного» пенобетона - в межстеновых проемах, для заполнения пустот многощелевых вибропрессованных камней и т. д.

При дальнейшем увеличении кратности (свыше 15) пены уже представ­ляют собой пространственно-ячеистые структуры, состоящие из многогран­ных пор, связанных между собой в общий каркас тонкими разделительными пленками. В таких высокократных пенах почти отсутствует свободная жидкая фаза, поэтому они уже сами по себе имеют жесткое строение и проявляют из­вестную стабильность (порой в несколько суток) за счет практически полного отсутствия синерезиса.

Высокократные пены с кратностью выше 15 вполне способны передать свою поровую организацию и пенобетону, но из-за недостатка в них жидкой фазы (воды) ее приходится вводить в составе цементного раствора. При этом плотность получаемого пенобетона регулируется не изменением кратности пены (метод сухой минерализации), а подбором соотношения между объемом высокократной пены и раствором вяжущего (традиционная схема), либо - что, по сути, то же самое - моделированием процессов вовлечения воздуха в рас­творную смесь (баротехнология).