Технология пенобетона

      Баротехнология или пеногенераторная, это не особо важно, получение качественного пенобетона зависит от многих параметров и процессов.
      Цемент применяется марки ПЦ500Д0 (портландцемент с R_ц = 500, бездобавочный). Возможно или наоборот – многие, скажут: - «Позвольте! Но где, же его взять?» Правильно. Не везде и не всегда это возможно, но лучше всё, же ПЦ500Д0. Легче и спокойнее отработать технологию пенобетона на высокомарочных цементах. Теперь тонкости. В производстве пенобетона и пеноблоков важны цементы, дающие после твердения максимальную прочность на изгиб, а не на сжатие, это связано с пузырьковой структурой пенобетона. Если прочность на сжатие у цементов 500 и 400 марок сильно отличаются, то прочность на изгиб у них, как правило, соизмеримы. Остаётся фактор скорости набора прочности. Нужен быстротвердеющий цемент, пусть даже и 400-той марки (маркируется литерами Б или R). Д0, Д5, Д20 – количество в % добавок в цементе. Если нет бездобавочного (Д0) цемента, то из остальных всё-таки лучше выбрать цемент с добавкой доменного гранулированного шлака, молотого с клинкером, конечно (смотрите паспорт на цемент). Привяжите свою технологию пенобетона к определённому цементному заводу, не берите цемент «где попало» - из-за постоянной перенастройки регламента на разные цементы потеряете больше, чем найдёте. Выберите надёжного поставщика – с постоянным получением цемента из одного места (цемзавода). Настройтесь технологически на один-два вида цемента и совершенствуйтесь!
       Как несложно догадаться из вышесказанного, при выборе цемента для пенобетона, прежде всего надо обратить внимание на, те качества, которые сокращают сроки схватывания цементного теста. Чем быстрее схватится пенобетон в форме – тем качественней получится его структура. По некоторым технологиям пенобетона смесь находится в формах по двое-трое суток, но схватываться она должна, всё равно, максимально быстро. Сокращение сроков распалубки и оборачиваемость форм – это косвенные «прелести» быстрого застывания пенобетонной смеси. Главное – быстрое схватывание цемента обеспечивает качественную структуру пенобетона. Объясняется это следующим образом: пористость пенобетону придаёт пенообразователь, стабильность пены – не безгранична, очень хороший пенообразователь сможет выдержать бетонную массу всего лишь несколько часов, затем наступает разрушение пузырьков воздуха и проседание (усадка) пенобетона. Сроки схватывания цемента обозначают время, за которое твердение цементного теста переходит из коагуляционной в кристаллическую фазу и фактор этот не зависит от технологии пенобетона. Коагуляционные процессы начинаются с момента затворения цемента водой и переходят в кристаллизацию по окончанию сроков схватывания. Во время коагуляции цемент можно замешивать, транспортировать в формы, разравнивать без ущерба для будущего качества бетона – во время кристаллизации, любое механическое воздействие на цементное тесто приводит к невозвратному разрушению ещё слабой, не набравшей прочности, структуры бетона. Особенно пагубно сказывается нарушение кристаллизационной структуры на прочность цементного камня при производстве пенобетона по любой из технологий.  Если пенообразователь уже не может удерживать на своих пузырьках цементную массу, а раствор ещё не схватился и не в состоянии держать отформованный объём самостоятельно, происходит проседание и разрушение кристаллизационной структуры пенобетона.
      Многие пенобетонщики знакомы с явлением «яйцеобразования» - это когда от высохшего блока отваливаются углы и в руках остаётся яйцеподобный кусок пенобетона. Такой эффект и является следствием нарушения кристаллической структуры цементного камня. Всё просто – во время твердения середина блока хорошо прогрелась и успела схватиться, а по краям – температура меньше (ввиду естественного охлаждения), цемент схватиться не успел, пена «сдохла» - цементное тесто под собственным весом пошло вниз и оторвалось от основного, уже отвердевшего массива.
      Вывод. При изготовлении пенобетона, вне зависимости от технологии, необходимо добиться максимально быстрого схватывания раствора, пока пена не потеряла своей стабильности и не стала разрушаться. Способов достижения необходимого результата множество, но один из главных – применение качественного цемента.
      НГ – нормальная густота цементного теста. Характеристика, указывающаяся в паспорте цемента заводом-изготовителем. Означает необходимое количество воды для гидратации цемента данного производителя. Применяется для точного расчёта марки бетона и его плотности. Величина НГ у разных заводов колеблется от 20% до 30%. Для расчёта плотности пенобетона достаточно принять НГ в 20%.
      Расчёт плотности пенобетона (не путать с прочностью, плотность – это всего лишь вес 1 м3 пенобетона). 
      Плотность = Масса цемента + НГ + Масса ингредиентов
Пример: Цемент – 300 кг, НГ – 20% , от 300 кг 20%  это 60 кг (это вес воды в цементном камне), Песок (зола) – 240 кг.

      Плотность = 300 + 60 + 240 = 600 кг/м³ (марка пенобетона по плотности Д600). Соответственно, пенобетон марки Д700 получается добавлением 100 кг наполнителя, т. е. Плотность Д700 = 300+60+340
Прочностные характеристики пенобетона определяются опытным путём и подгоняются под требования ГОСТа уже непосредственно на предприятии при изготовлении пенобетона. Факторов, влияющих на прочность, очень много, начиная с технологии и заканчивая конструкцией смесителя.
       Все требования к неавтоклавному и автоклавному пенобетону можно изучить в ГОСТ 25485-89 
       Водоцементное отношение (В/Ц). Характеристика любого бетонного раствора, пренебрежение которой, приводит к разорению предприятия и его краху как производителя качественного пеноблока! Пара безответственных рабочих, оставленных без контроля и добавивших сверх нормы воды в замес (для удобства выгрузки пенобетона в формы), могут свести на нет все усилия и деньги, потраченные на достижения качества пенобетона. Хорошим водоцементным отношением для пенобетонных составов можно считать В/Ц = 0.5 – 0.6, что означает употребление 50-60 литров воды на 100 кг цемента. Не стоит путать В/Ц с НГ. В/Ц – это отношение массы воды, добавленной в раствор, к массе цемента, используемого для замеса. НГ – это количество воды от массы цемента, необходимой для его гидратации, то есть воды, которая навеки останется в цементном камне (химически свяжется с минералами цементного клинкера). 

      Вернёмся к практическому расчёту пенобетона марки Д600. Применяя В/Ц = 0.6, к массе цемента 300 кг в замесе, получим необходимое количество воды – 300 х 0.6 = 180 кг. Таким образом, для замеса пенобетона плотностью Д600, при использовании 300 кг цемента, понадобится 180 литров воды и 240 кг наполнителя (массой остальных ингредиентов можно пренебречь).
      При производстве пенобетона по баротехнологии (турбулентное смешивание) достичь В/Ц = 0.6 довольно сложно, приходится добавлять воды, но отталкиваться надо от него. Если смесь слишком густая – надо добавить ещё 5 литров воды и перемешать, опять густая – ёщё пять литров и т. д. В любом случае при достижении В/Ц = 0.7 (210 кг воды на 300 кг цемента) всё должно получиться. Подбор В/Ц непосредственно зависит от количества пенообразователя, добавляемого в замес (нормальным считается 600-700 грамм синтетики). После получения качественной, удобоукладываемой смеси зафиксировать пропорции и придерживаться их в дальнейшем. Визуально смесь должна выглядеть как густая, но текучая сметана, которая медленно, но не камками, выливается из банки. Через два часа после разливки, пенобетон должен уже слегка просесть в формах и схватиться. Через четыре-пять часов пенобетон должен застыть и уже выдерживать небольшие нагрузки (на некоторых производствах уже распалубку делают в это время).
      Пенообразователь для баротехнологии применяется только синтетический, для начала подойдёт ПБ-Люкс Супер. Мы работаем на своих пенообразователях марок «АТК» и «Биотех», которые производим и продаём по цене 65-70 рублей/кг, они не дороже аналогов, но по устойчивости и стабильности выше, а по расходу на 1 м³ – ниже. Количество  пенообразователя на 1 м3 пенобетона (особенно синтетического) должно быть минимальным, лишний пенообразователь адсорбируется на зёрнах цемента и снижает их активность, тем самым ухудшая прочность цементного камня. Для получения пенобетона плотностью Д600 необходимо от 400 до 600 граммов пенообразователя, чем выше марка пенобетона, тем меньше надо пенообразователя (например, для Д1000 – зачастую, достаточно 200 гр).

     Технология замеса пенобетона марки Д600 по баротехнологии (все пропорции для 1 м³, В/Ц=0.6).

• Наливаем в установку 180 литров воды температурой 5-18ºС – включаем смеситель (на нашем производстве используется скважинная вода без подогрева и летом и зимой).
• Добавляем 330 гр фиброволокна.
• Добавляем 1 кг белкового модификатора «АТК пласт» или «Биотех».
• В работающую с водой установку засыпаем цемент – 300 кг.
• В работающую с водой и цементом установку засыпаем чистый, мытый песок (золу) -240 кг. Примечание.  Не всегда представляется возможным завезти мытый песок, в таком случае, песок надо «отмыть» прямо в установке, загрузив его перед цементом и покрутив в барабане 1-2 минуту. Физико-химическое действие этой процедуры заключается в том, что сначала песок «отмоется» в воде, которая, в то же время, «испачкается» глиной и грязью из песка, но применение комплексной добавки «АТК пласт» или «Биотех» очистит (химически) воду и всё встанет на свои места.
• Перемешиваем полторы-две минуты всю смесь, с песком и цементом.
• Добавляем пенообразователь синтетический - 500 гр. Здесь тоже примечание. ПО лучше добавить в два приёма – 200 граммов в воду затворения и 300 граммов в конце замеса перед закрытием люка и подачей давления.  
• Закрываем загрузочный люк и подаём воздух в установку до создания дополнительного давления внутри в 0.8 – 1.5 атм. Опять примечание. Если Вы работаете на качественных пенообразователях типа «ПБ-Люкс Супер» или «АТК», то у Вас появляется возможность максимально вспенить смесь подачей дополнительного давления в 3-3.2 атм (опять же, если установка позволяет). Тем самым, снижаются расход ПО и водоцементное отношение.
• Перемешиваем под давлением 1.5-2 минуты. Останавливаем установку.
• Если есть стравливающий кран в верхней точке установки или люка – открываем его слегка и снижаем давление. Если нет крана – его надо сделать. При остаточном давлении в 0.1-0.3 атм через кран должен пойти пенобетон – смесь готова. Если пенобетон пошёл через кран раньше (0.5-0.7атм), надо снизить количество ПО или убрать немного (3 -5 литров) воды из замеса.
• Если смесь не пошла – открываем люк и смотрим количество смеси и качество её в установке. Густая – добавить воды и снова смешать 1 минуту. Жидкая – и не поднялась – добавить 50-70 грамм пенообразователя и повторить смешивание под давлением в течение 1 минуты. Бывает, что смесь не идёт через кран, но при открытии люка ёмкость оказывается полной (чуть-чуть не дошла) – всё в порядке, просто при следующем замесе добавить 50 грамм пенообразователя или 2-3 литра воды.
• Убедившись, что смесь готова, закрываем стравливающий кран (люк), подаём давление 1-2 атм в установку и только после этого открываем рукав подачи и выгружаем смесь в формы.

      Ограничения при достижении необходимого  качества смеси:

• Добавляя пенообразователь свыше нормы, не переходите рубеж в 900 грамм на м³, лучше ищите другой способ.
• Не уменьшайте время перемешивания смеси – хороший пенообразователь остаётся стабильным при 3-5 минутах турбулентного смешивания.
• Ищите наиболее приемлемое соотношение В/Ц и пенообразователя.

    Технология замеса пенобетона марки Д600, на установке с пеногенератором (все пропорции для 1 м³, В/Ц=0.5).

• В установку заливается вода затворения в объёме 100 литров (В/Ц=0.4, остальная вода добавится вместе с пеной).
• Ускоритель, пластификатор (рекомендуемые «АТК-К», «АТК пласт», «Биотех.»), фиброволокно загружаются в воду затворения при работающей установке и растворяются в воде.
• В работающий пенобетоносмеситель засыпается песок 280 кг и «отмывается» в течение 2 минут (если он не очень чистый).
• Цемент – 280 кг, перемешивание раствора 1-2 минуты (не спешите подавать пену, дайте раствору хорошо гомогенизироваться).
• В приготовленный раствор подаётся пена плотностью 40-70 грамм/л до полного заполнения установки и получения расчётного объёма пенобетона (с пеной в смесь должно войти ещё 35-40 литров воды).
• Замешивание раствора с пеной происходит 2-3 минуты, после этого закрывается люк и подаётся давление для выгрузки пенобетона в формы.
• Примечание. Раствор пенообразователя с 2-3%-ной концентрацией готовится заранее в расходной ёмкости и апробируется на предмет получения пены нужной плотности. Разумно готовить раствор пенообразователя за 10-24 часа до применения, как говорится - "дать настояться", особенно это касается протеиновых пенообразователей. Пеногенераторная технология пенобетона позволяет работать на белковых пенообразователях, что выгодно отличает её от баротехнологии.

Ускорители твердения.
     Работать без ускорителей – переводить цемент. C₃А – трёхкальциевый алюминат, минерал, отвечающий за набор прочности цементом в первые часы твердения, его в цементе всего 3-8 %, чем больше цемента на куб, тем быстрее он схватывается. Но все стремятся наоборот – уменьшить количество цемента и снизить себестоимость. Поможет ускоритель.
      По моему скромному мнению, все предложения на нашем рынке не стоят и выеденного яйца. Менеджеры – продавцы, ничего, кроме рекламных фраз изложить не могут. Все молотые микронаполнители имеют смысл к использованию только при помоле перед применением, но никак не после нескольких месяцев хранения на складах и перевозках. Химические добавки – в основном соли хлора, спрятанные под красивыми названиями или какой-нибудь кошмар типа поташа (карбоната калия, К₂СО₃), который в водной среде разъедает всё, что только можно, превращаясь в щёлочь.
     При внимательном рассмотрении существующих ускорителей, напрашивается вывод – наиболее доступными и эффективными (критерии – доступность и цена) являются – хлориды кальция и натрия. Более подробно об ускорении в статье «Ускорители схватывания и твердения».
      Хлорид натрия (NaCl) – поваренная соль. Добавляется в количестве 1 -1.5% от массы цемента. При больших дозах хлорид натрия может существенно снизить прочность изделия в последующие сроки. Вызывает коррозию арматуры. Соль применяется пищевая, чистая, крупномолотая. В установку засыпать вместе с водой и размешать или растворить в воде предварительно. При предварительном растворении соли учитывать воду для растворения в В/Ц (в установку воды пойдёт меньше).
    Хлорид кальция (CaCl₂), применять в количестве 1-2% от массы цемента. Соль должна быть чистая, лучше для пищевой промышленности. Содержание CaCl₂ – 95-98%. Способ применения и свойства такие же, как и у поваренной соли.
    Не применяйте соли, полученные из отходов химической промышленности и антигололёдные реагенты! (Слишком много примесей и вреда может быть больше, чем пользы).

Пластификаторы.
     Увеличивают пластичность смеси и снижают водоцементное отношение, тем самым увеличивая прочность пенобетона. Как правило, пенобетонные установки разгружаются пневмоспособом, посредством выжимания смеси повышенным давлением изнутри. При таком способе очень важно придать дополнительную текучесть смеси, не прибегая к добавлению воды. Рекомендуем наши добаки-пластификаторы «Биотех» и «АТК пласт»
      Комбинация модификаторов. Наиболее рациональным является совместное применение ускорителя и пластификатора. Схема применения на 1 м³ пенобетона – 1-1.5 кг хлорида кальция (натрия) и 0.5-1 кг пластификатора. Всё добавляется сразу в воду затворения или после загрузки цемента. Сухая добавка «АТК» является ускорителем-пластификатором одновременно, рекомендуемая доза на 1м3 пенобетона 1 -1.5 кг. Стоимость добавки – 40 руб/кг.

     Активированная вода. Влияет на все процессы набора прочности и твердения в лучшую сторону. При работе на активированной воде пластификатор не нужен вообще, а ускоритель требуется в количестве 1% от массы цемента.

     При при использовании технологии пенобетона на активированной воде или пластификаторах обязательным является снижение количества воды в замесе, что, собственно и приводит к улучшению характеристик пенобетона!

 Автор. Калиберов Игорь.