Автофреттаж в технологии газобетона

Чернов А. Аминев Г. Автофреттаж в технологии газобетона // Строительные материалы. 2003 . №11. C. 22-23

Характерной особенностью технологии газобетона являются процессы газообразования и вспучивания, являющиеся результатом взаимодействия ингредиентов бетонной смеси ? газообразователя (обычно алюминиевой пудры) и гидрата окиси кальция, выделяющегося при гидратации цемента или специально вводимого в газобетонную смесь.

Выделяющийся водород (Н2) поризует (вспучивает) смесь и создает ячеистую структуру газобетона, а над бортами формы образует так называемую горбушку высотой 2?8 см. Наличие горбушки ? серьезный недостаток технологии газобетона. На ее создание расходуется до 10% сырьевых материалов, включая цемент, алюминиевую пудру. Срезка и удаление горбушки требуют значительных затрат ручного труда (утилизация горбушки экономически оправданна только на больших, полностью механизированных заводах, а на предприятиях небольшой производительности она обычно идет в отвалы, загрязняя окружающую среду).

Объем выделившегося газа зависит от трех веществ ? извести, воды и алюминия. В газобетонной смеси меньше всего алюминия (сотые доли процента), а других реагентов всегда в избытке. Следовательно, точность дозировки алюминия должна заметно влиять на степень вспучивания газобетонной смеси и высоту горбушки. При этом возникает феномен нестабильности вспучивания, на который влияет множество трудно учитываемых факторов: реологические свойства смеси, температура сырья и окружающей среды, сотрясение формы, щелочность и экзотермичность вяжущего, колебания атмосферного давления, сквозняки и др.

Нестабильность вспучивания является вторым, наиболее серьезным недостатком технологии газобетона, поскольку она приводит к колебаниям его плотности. Величину этого показателя строго регламентируют нормативные документы, например ГОСТ 27005-86 ?Бетоны легкие и ячеистые. Правила контроля средней плотности?. Отклонение от вычисляемой статистическими методами так называемой требуемой плотности бетона может приводить к браку изделий.

Еще более неприятным следствием нестабильности вспучивания является вынужденное искусственное снижение практически всех эксплуатационных характеристик газобетона. От плотности любого поризованного материала зависят все его показатели, включая прочность, теплопроводность, стойкость, усадку и др., например прочность газобетона является кубической функцией его плотности, то есть снижение последней в два раза приводит к восьмикратному падению прочности.

Нестабильность характеристик бетона привела к появлению термина ?требуемая прочность бетона?. Для ячеистого бетона (и в частности для газобетона) требуемая прочность Rj может быть определена по формуле в ГОСТ 18105?86 ?Бетоны. Правила контроля прочности?:

R.T= 1,1Внорм/0,7,

где Внорм ? нормируемое значение прочности бетона.

Из этого выражения следует, что нестабильность характеристик вынуждает более чем в полтора раза завышать прочность бетона. Завышенная прочность требует либо применения более качественных сырьевых материалов, либо повышенного расхода вяжущих, либо интенсификации режимов тепловой обработки.

Ситуация усугубляется тем, что показатели газобетона искусственно (условно) снижают в отношении всех его эксплуатационных характеристик. При оценке прочности полагают, что она близка к минимальной, а при назначении расчетного коэффициента теплопроводности считают, что плотность газобетона соответствует значениям, близким к максимальным для данного интервала, то есть условно считают, что газобетон более тяжелый и более холодный. В любом случае для нормируемых характеристик принимают не фактические и не средние значения, а наименее выгодные безопасные показатели. Отсюда следует чрезвычайная важность уменьшения интервала плотности газобетона.

Снизить, и весьма существенно, интервал плотности газобетона возможно. Для этого достаточно заливать в форму строго определенное количество газобетонной смеси и обеспечить ее вспучивание до заранее заданного ограниченного объема.

Обычно производство газобетонных изделий проектируют таким образом, что номинальный объем смесителя всегда является кратным объему заливаемых форм. На заводах малой и средней производительности, оснащенных смесителем емкостью 1-2 м3, весь приготовленный замес выливают в одну форму (последующая доливка смеси запрещена технологическим регламентом). Поскольку ингредиенты смеси дозируют по весу с достаточно высокой точностью, залить в форму строго определенное количество смеси не составляет труда. Остается лишь обеспечить ее вспучивание до заранее ограниченного объема. Это достигается за счет применения форм с крышкой.

Метод формования газобетонных изделий под крышкой был предложен еще в 1959 г. [1] и впоследствии получил название автофреттаж. Сначала полагали, что даже легкая металлическая крошка собственной массой остановит вспучивание и обеспечит постоянство объема формуемого изделия. Однако эксперименты показали, что давление вспучивающейся газобетонной смеси может превышать 0,01 МПа, то есть составляет более 1000 кг/м2, следовательно, крышка должна быть достаточно жесткой и надежно крепиться к форме.

В процессе экспериментов было обнаружено интересное явление: после заполнения вспучивающейся смесью всего объема через зазоры между элементами формы из смеси отжимается прозрачная вода.

Это весьма позитивный процесс, поскольку по условиям реологии газобетонная смесь содержит существенный избыток воды затворения, который полезен для вспучивания, но вреден для набора прочности. Удаление этого избытка после окончания вспучивания следует приветствовать, тем более что удаляемая вода прозрачна, то есть она не уносит с собой вяжущее. Удаление избытка воды, а также схватывание бетона по давлением способствуют дополнительному повышению его прочности, сокращению длительности обязательной выдержки изделия перед тепловой обработкой, возможности применения более жестких режимов обработки.

Выше говорилось о негативном влиянии отклонений в дозировке алюминия. Следует заметить, что автофреттаж снимает и эту проблему. Здесь малые изменения расхода газообразователя не опасны, поскольку для гарантированного вспучивания смеси до крышки, а также для создания внутреннего давления, отжимающего воду, в смесь вводят небольшой (до 10%) избыток алюминия.

Несмотря на все преимущества автофреттажа, в свое время он не получил широкого промышленного применения. Попытки внедрить его на нескольких заводах позволили выявить основные причины отрицательного результата. Это повышение металлоемкости форм, увеличение высоты форм и связанная с этим меньшая заполняемость камер тепловой обработки, необходимость дополнительной производственной площади для складирования крышек, увеличение ручного труда при распалубке, чистке, смазке, транспортировании крышки, ее установки и закреплении. Главным же недостатком было то, что длительность установки и крепления крышки оказалась сопоставимой со временем вспучивания газобетонной смеси, так что закрепить крышку не всегда успевали.

Однако за последние десятилетия предложены такие новые технические решения, которые устраняют практически все перечисленные недостатки технологии автофреттажа. Разработаны приемы, обеспечивающие установку и закрепление, а также снятие крышки в течение одной секунды без применения ручного труда и, возможно, без крана.

Основные технические решения выполнены на уровне изобретений и защищены патентами Российской Федерации, при их использовании сводятся к минимуму колебания плотности и других свойств бетона, обеспечивается снижение удельного расхода материальных, трудовых и энергетических ресурсов, ликвидируется отход производства (горбушка), улучшается экологическая обстановка, повышается качество газобетона. Технология применима и для блоков, и для крупноразмерных изделий.

Заинтересованным организациям и лицам будут переданы чертежи оборудования, технологический регламент, рекомендации по выполнению работ. При необходимости может быть оказана помощь по освоению технологии с выпуском первой партии изделий.

Литература

1. Чернов А. Н. Способ изготовления газобетонных изделий. Описание изобретения к авт. свид. № 149701. Бюл. изобр. № 16. 1962.