Пенобетоны и другие теплоизоляционные материалы

Рис. 34. Смеситель для бетонных смесей ячеистой структуры

При работе компоненты бетонного раствора или готовая смесь с малым водоснабжением подаются через загрузочный патрубок 2 (рис. 34) в емкость 1, где компоненты доувлажняются водой с помощью форсунок-распылителей 4 (или через перфорацию полого патрубка 6). Из парогенератора через насадки 5, установленные под острым углом к образующей емкости 1 подается пар с температурой 102-105°С и смесь разогревается до 50-80°С. При вращении перемешивающего органа через прерыватель 9 в патрубке 6, имеющим заглушки по торцам, нагнетают периодически пенообразователь и воздух. Смесь из полости патрубка 6 через отверстия в нем подается на внутреннюю поверхность цилиндра 10, с образованием пены, которая смешивается с бетоном. При этом диаметр пузырьков зависит от диаметра пор металлокерамики. Готовая пенобетонная смесь выгружается через патрубок 3.

Смеситель для приготовления строительных растворов ячеистой структуры (а. с. 1321590 СССР, В28С 5/02, опубл. 07. 07. 1987), включающий вихревую камеру 1 (рис. 35) виде трубы с патрубком пневмосистемы, загрузочное устройство, электроды, лопасти, осадительную камеру с выгрузочным отверстием, для повышения качества смеси, он снабжен пеногенератором, соединенным с нижней частью вихревой камеры посредством перфорированной перегородки, электроды выполнены с приспособлением их поворота относительно продольной оси и соединены с лопастями, а осадительная камера имеет упругую подвеску и размещенный на ней пневмобаллон, причем загрузочное устройство выполнено в виде коленообразных трубопроводов, концы которых соединены с противоположными торцами вихревой камеры. Смеситель содержит бетоновод 1 с загрузочным устройством в виде колено образных трубопроводов 2, концы которых соединены с противоположными торцами вихревой камеры 3. В нижней части последней размещена перфорированная перегородка 4 со смонтированным на ней пеногенератором 5.

Рис. 35. Смеситель для приготовления строительных растворов ячеистой структуры

Пеногенератор 5 (рис. 35) состоит из установленных коаксиально с зазором отрезков пористых труб из металлокерамики с диаметром пор 8-300 мкм с заглушками по торцам, в полости меньшей из которых закреплен патрубок 6 для подачи пенообразователя и воздуха, поступающего по распределительной системе 7 через прерыватель 8. В корпусе вихревой камеры 3 по всей высоте имеются отверстия 9 для установки электродов 10, подключенных к электросети 11, а также воздухо-подающие окна 12, в которые введены патрубки 13, соединенные с кольцевым воздуховодом 14, подключенным посредством воздуховода 15 к парогенератору, причем электроды 10 выполнены с приспособлениями 16 их поворота. Вихревая камера 3 соединена с расположенной под ней камерой 17 осаждения массы. В крышке камеры осаждения выполнены отверстия 18 для выхода избыточного количества воздуха из смеси. У основания камеры 17 на упругой подвеске 19 размещен и пневмобаллон 20, подключенный к паро-воздушной системе. Электроды 10 соединены с лопастями 21 и смонтированы в разъемном кольце 22. При работе компонента бетонной массы предварительно перемешивают с водой (Ж:Т = 0,15-0,2) в бетоносмесителе и посредством растворонасоса падают по бетоноводу 1 в вихревую смесительную камеру 3, причем поток полусухой смеси разделяется на два потока, которые по коленообразным трубопроводам направляются один навстречу другому для гашения скорости потока и частичного измельчения. Затем смесь попадает на перфорированную перегородку 4 со щелями-завихрителями, изменяющими направления движения потока смеси. Из пеногенератора 5 в камеру 3 подается пена и одновременно через щели-завихрители поступает бетонная смесь с малым количеством жидкой фазы. В камеру 3 через воздухоподающие окна 12 с помощью патрубков 13 от воздухопровода 15 и распределительной системы 7 подают воздух или паро-воздушную смесь и перемешивают компоненты полусухой смеси и монодисперсной пены. В процессе раскручивания смеси вихревыми потоками воздуха создаются условия для получения качественной микропористой ячеисто-бетонной массы. Скорость перемещения полученной ячеисто-бетонной смеси по длине камеры 3 регулируется изменением угла поворота электродов 10 с лопастями 21 на концах относительно направления движения потока массы. В смесителе электроды 10 выполняют две функции: прогрева бетонной массы и регулирования ее скорости. После выхода из камеры 3 масса поступает в камеру 17, где ударяется о поверхность пневмобаллона 20 и гасит свою скорость. Упругие свойства пневмобаллона 20 регулируются от пневмосистемы.

Смеситель для приготовления ячеистобетонной смеси (а. с. 1377190 СССР, В28С 5/38, опубл. 29. 02. 1988), содержащий (рис. 36) корпус с загрузочным и выгрузочным отверстиями, трубчатый распределитель аэрозоля, соединенный с пневмосистемой посредством патрубка, и с лопастями, для повышения качества смеси, выполнен так, что трубчатый распределитель аэрозоля изготовлен в виде шарнирно соединенных отрезков трубопроводов с отводами и закрепленными к ним через эластичные трубки патрубками из пористой металлокерамики. Смеситель содержит отрезки трубопроводов 1 (рис. 36) с эластичными трубками 2, на концах которых через отводы закреплены патрубки 3 из пористой металлокерамики с диаметром пор и капилляров 8-300 мкм. Отрезки трубопроводов 1 соединены шарнирами 4 между собой и патрубком 5 пневмосистемы 6, включающей компрессор с ресивером, мешалку для получения заданной консистенции ПАВ, подключенной к системе 6. Конец патрубка 5 пневмосистемы 6 закреплен в переходнике 7, внутри которого смонтированы лопасти 8. Распределитель размещен по длине полости нагнетательного шланга раствора насоса, являющегося корпусом смесителя. При работе на выходе из раствора насоса закрепляют переходник 7 и присоединяют к закрепленному в нем патрубку 5 отрезки трубопроводов 1. Раствор, попадая на лопасти 8, изменяет прямолинейные движение на круговое, одновременно в трубопровод 1 нагнетают воздух (или парагазовоздушную смесь) с заданными давлением и температурой, а также ПАВ. Образовавшийся аэрозоль ПАВ смачивает изнутри полые патрубки 3 и образует пену, которая смешивается с раствором и транспортируется к месту укладки.

Рис. 36. Смеситель для приготовления ячеистобетонной смеси

Устройство для приготовления поризованных строительных смесей (а. с. 1390035 СССР, В28С 5/38, опубл. 23. 04. 1988), содержащее пеносмеситель, смеситель с сетчатыми лопастями, систему трубопроводов с запорной арматурой для подачи воздуха в пеносмеситель, для интенсификации процесса поризации смеси, оно снабжено трубопроводом подачи воздуха в смеситель, распылительным приспособлением, расположенным на смесителе и соединенным посредством трубопровода с пеносмесителем, имеющим измерительное приспособления объема пены. Устройство содержит смеситель 1 (рис. 37) с сетчатыми лопастями 2, пеносмеситель 3, выполненный в виде герметичной емкости с расположенным внутри рабочим органом 4 и со смонтированными вентилем 5 для воды и пенообразователя, измерительным приспособлением объема пены - мерным стеклом 6 с вентилем 7, трубопроводом 8, подключенным к системе подачи сжатого воздуха и двумя трубопроводами с вентилями 9 для подачи пены в смеситель 1 для приготовления ячеистой смеси. На крышке смесителя 1 расположено распылительное приспособление 10. На днище смесителя 1 выполнен шибер 11 для выгрузки смеси, а на стенке его смонтирован вибратор 12 и трубопровод 13 подачи сжатого воздуха с вентилем. Сетчатые лопасти 2 выполнены с рамкой в виде пластин 14, установленных к плоскости сетки под углом 100-170°, а размеры ячеек сетки выполнены с увеличением по высоте. Смеситель 1 и пеносмеситель 3 выполнены с электродвигателями 15 и 16. На валу рабочего органа смесителя смонтирован винт 17. На крышке смесителя закреплен патрубок 18. При работе через вентиль 5 при закрытых вентилях 9 в пеносмеситель 3 подают воду с пенообразователем, объемный контроль дозировки осуществляют по водомеру открытием вентиля 7. Включением электродвигателя 16 осуществляют вращение рабочего органа 4, открытием вентиля 8 в пеносмеситель 3 подают сжатый воздух, который создает дополнительные, более крупные поры, увеличивая воздухолечение в растворе до заданной величины объема пены. Закрыв вентили 7 и 8 в пеносмесителе 3 создают избыточное давления, после чего открывают вентили 9 и пена выдавливаются в смеситель 1.

Рис. 37. Устройство для приготовления поризованных строительных смесей

Регулировка плотности пены осуществляется взаимодействием вентилей 9 (рис. 37). Для получения ячеистой смеси высокой плотности образование пены осуществляется распылением водного раствора с пенообразователем путем его подачи под давлением из пеносмесителя через распылительное приспособление 10 без включения электродвигателя 16. При подаче пены в смеситель 1 включением электродвигателя 15 приводится во вращения рабочий орган приготовления ячеистой смеси и через патрубок 18 постепенно подается вяжущее и происходит перемешивание пены с вяжущим и дополнительная поризация. Пластины 14 выполняются так, что смесь непрерывно направляется на сетки, т.е. снизу смесь поднимается, сверху опрокидывается, а с боков не дает скапливаться между сетчатыми контурами и корпусом смесительной камеры. Для увеличения поризации открывают вентиль 13 и подают сжатый воздух. После образования смеси открывают шибер 11 и смесь выгружают с включением вибратора 12.

В способе и устройстве для получения пены и пенобетона (пат. 4789244 США, В28С 5/06, опубл. 12. 06. 1988) используются (рис. 38) два дозирующих элемента, обеспечивающих подачу воды и вспенивателя на вход насоса, выход которого связан с устройством для разделения смеси на отдельные капли с помощь воздуха. Капли расширяются в виде водяной пены. Подачу в насос вспенивателя осуществляют в необходимом соотношении с водой с помощью объемного дозатора, работающего синхронно с насосом. Дозирующий элемент для вспенивателя содержит стеклянный резервуар, сквозь который вспениватель проходит от дозатора к насосу.

Рис. 38. Способ и устройство для получения пены и пенобетона

В способе получения отвержденной цементной пенной массы тонкой пористой структуры (заявка 3631 223 ФРГ, В28С 5/10, опубл. 04. 07. 1988) составные части, требуемые для получения массы, подают к трубе, в которой их принудительно транспортируют и смешивают (рис. 39). Пенную массу, состоящую из воды и пенообразователя, разделяют на несколько потоков и подают в камеры снаружи.

Рис. 39. Способ получения пенобетона

Устройство для поризации перемешиваемых материалов (а. с. 1428590 СССР, В28С 5/16, опубл. 07. 10. 1988), содержащее (рис. 40) размещенный в корпусе приводной полый вал с радиально расположенными полыми лопастями, имеющими насадки с соплами, и дозатор, для повышения эффективности поризации путем интенсификации воздухововлечения, оно снабжено дополнительными полыми лопастями, смонтированными на внутренней поверхности корпуса и расположенными между основными лопастями вала на равном расстоянии под последними, причем насадки каждой пары основных и дополнительных лопастей направлены в противоположные стороны; насадки могут быть выполнены конусообразными или каплеобразными, а их сопла снабжены клапанами; насадка может быть изогнута по оси и радиус кривизны ее равен расстоянию от оси вала до оси насадки; по крайней мере одна из дополнительных лопастей соединяется с дозатором.

При работе корпус 1 через патрубок 14 заполняется водой с пенообразователем (рис. 40). Клапаны 9 препятствуют проникновению материалов в полости насадок. Затем приводится во вращение вал 2 с уплотнением 5 и из патрубка 13 на распределительный диск 15 поступает сухая смесь компонентов, которая после распыления попадает в водо-пенный раствор. При вращении вала 2 за насадками 4 образуется разряжение с кавитационными кавернами. Вследствие разрежения открываются клапаны 9 подвижных насадок 4 и происходит засасывание воздуха из полого вала 2, сообщающегося с атмосферой. От источника 10 через клапаны 12 на насадки 7 и 8 подается сжатый воздух (пар) по трубопроводам 11. По мере вращения вала 2 смесь увлекается лопастями 3, но вращение смеси тормозится благодаря неподвижным лопастям 6 с насадками 7, установленными между плоскостями вращения лопастей 3, снижая тем самым темп падения относительной скорости движения насадок 4 в смеси.

Рис. 40. Устройство для поризации перемешиваемых материалов

Неподвижные лопасти с насадками 7 и 8 приводят к дополнительной турбулизации смеси, способствуя лучшему перемешиванию компонентов и равномерному распределению воздушных пузырьков. Засасывание воздуха и добавок происходит тем интенсивнее, чем большей скорости вращения достигает поризуемая смесь. Пенобетон периодически удаляется из корпуса 1 через отверстия 16 с люком 17.

Смеситель для приготовления поризованных бетонов, содержащий вертикальный корпус в виде соединенных цилиндрической, конической обечаек и днища, загрузочное и выгрузочное приспособление, вибратор, лопастной ротор и футеровку (а. с. 1144890 СССР, В28С 5/16, опубл. 1983), для повышения качества смеси, выполнен так (рис. 41), что футеровка и лопастной ротор изготовлены из алюминиевого сплава, причем футеровка смонтирована на внутренней поверхности цилиндрической обечайки; футеровка может быть выполнена из колец прямоугольного поперечного сечения, которые имеют подпружиненный фиксатор (а. с. 1645167 СССР, В28С 5/38, опубл. 30. 04. 1991).

Рис. 41. Смеситель для приготовления поризованных бетонов

Смеситель содержит вертикальный корпус в виде конической и цилиндрической обечаек 1 и 2 (рис. 41), вибратор 3, смонтированный на обечайке 2, внутренняя поверхность которой футеровка кольцами 4 из алюминиевого сплава, поджимаемых сверху подпружиненными фиксаторами-упорами 5, расположенными в съемной крышке 6, на которой закреплены неподвижные тормозные пластины 7. Между обечайками 1 и 2 установлен резиновый амортизатор-прокладка 8. В конусном днище корпуса выполнен выгрузочный люк 9 и установлен вертикальный вал 10, на котором болтом 11, крепится лопастной ротор 12, выполненный из алюминиевого сплава (например АЛ4). Футеровка может быть выполнена из колец 4 прямоугольного поперечного сечения. Лопастной ротор 12, приводимый во вращение электроприводом 13, выполнен в виде рабочего колеса центробежного насоса и содержит диск 14, лопатки 15 и выходное кольцо 16. При работе включается электропривод 13 и вибратор 3. Через воронкообразное отверстие в крышке 6 подаются компоненты бетонной смеси (песок, цемент, известь, вода) на вращающийся ротор 12, который при вращении отбрасывает частицы смеси к алюминиевым кольцам 4. При многократном движении смеси из-за трения и кавитации происходит износ футеровки, которая заменяется новыми участками за счет поджатия ее подпружиненным упором 5. Поризация бетона происходит в результате истирания и кавитационной эрозии ротора и футеровки и внесения за счет этих явлений мелкодисперсных частиц алюминия в смесь, которые химически взаимодействуют с гидрооксидом кальция и поризуют бетонную смесь, выгружаемую через люк 9.

Смеситель для изготовления поризованных строительных смесей, содержащий горизонтальный корпус с загрузочным и выгрузочным отверстиями, расположенный внутри корпуса приводной полый вал с лопастями (а. с. 1315332 СССР, В28С 5/14, опубл. 1985), с целью повышения производительности и интенсификации процесса смешивания, организован так, что участок вала длиною, составляющей 0,5-0,7 длины вала, у загрузочного отверстия выполнен с перфорацией, а лопасти, закрепленные на этом участке вала, имеют регулировочные винты и выполнены со сквозными центральными и радиальным каналами, причем полость центрального канала сообщена с полостью вала, радиальные каналы смещены относительно друг друга и расположены под углом 30-60° к оси центрального канала, верхняя часть поверхности которого имеет винтовую нарезку, при этом соотношение среднего диаметра резьбового отверстия и диаметра радиального канала составляет 0,2-0,4 (а. с. 1692847 СССР, В28С 5/14, опубл. 23. 11. 1991). Смеситель содержит горизонтальный корпус 1 (рис. 42) с загрузочным и выгрузочным отверстиями 2 и 3, рабочий перемешивающий орган в виде полого вала 4 с лопастями 5. Полый вал 4 со стороны загрузочного отверстия 2 на участке длиной, составляющей 0,5-0,7 общей длины вала 4, выполнен перфорированным. В теле лопастей 5 образованы внутренние каналы, сообщающие полость вала с внутренним объемом корпуса 1, из которых центральный канал 6 со стороны стенки корпуса 1 снабжен регулированным винтом 7 с осевым отверстием 8, а радиальные каналы 9 расположены по разные стороны центрального канала 6 под углом 30-60° к продольной оси вала 4. При этом точки пересечения осей радиальных каналов 9 с образующими цилиндра центрального канала 6, находятся на одной плоскости, перпендикулярной оси центрального канала 6.

Рис. 42. Смеситель для приготовления поризованных строительных смесей

При работе приводится во вращение полый вал 4 (рис. 42) с лопастями 5. Затем через загрузочное отверстие 2 в корпус 1 вводится вяжущее с заполнителями и добавками. Одновременно в полый вал 4 подается вода затворения или водно-пенная эмульсия, которые через отверстия в стенках вала 4 и каналы 6, 9 и отверстие 8 в регулировочном винте 7 поступает в корпус 1. В корпусе 1 под действием лопастей 5 компоненты перемешиваются до гомогенного состояния, а в случае использования эмульсии смесь поризуется. Полученная пеносмесь через выгрузочное отверстие 3 направляется для формования.

Смеситель, содержащий корпус с загрузочным и выгрузочным отверстиями, вал с V-образным установленными на нем перемешивающими элементами (пат. 1024868 Великобритания, В01F 7/26, опубл. 1966), для обеспечения получения поризованной строительной смеси, он снабжен дополнительными перемешивающими элементами, рабочая поверхность которых параллельна рабочей поверхности основных, причем элементы выполнены в виде перфорированных дисков, каждый из которых наклонен к оси вала под углом 30-85° (а. с. 1694395 СССР, В28С 5/16, опубл. 30. 11. 1991). Смеситель содержит емкости 1 (рис. 43) для вяжущего, емкости 2 постоянного уровня, 2-х или 4-х шнековый дозатор 3 с двигателем постоянного тока, смеситель 4 дезинтеграторного типа со штуцером ввода растворов добавки, расположенным тангенциально в боковой части смесителя 4 непосредственно за выгрузочным патрубком, основную смесительную камеру 5, поршневой растворонасос 6, смеситель-поризатор 7, емкости 8 для растворов добавок и пенообразователя 9, насосо-дозаторы 10 и 11 и компрессор 12. Основная смесительная камера содержит радиальные 13 и винтовые 14 лопасти с накладками из упругого материла 15. Радиальные лопасти 13 устанавливают на валу по винтовой линии с направлением от выгрузочного патрубка на равных расстояниях, составляющих 1/8-1/16 длины шага винтовой лопасти. Смеситель-поризатор 7 содержит со стороны выгрузки крышку 16 с пальцами 17, расположенный с той же стороны перфорированный диск 18 с ответными рядами пальцев 19 и парные параллельные перфорированные диски 20 и 21, закрепленные V-образно на валу 22, входные 23-25 и выходной 26 патрубки. Угол наклона плоскости парных дисков к оси вала находится в пределах = 30-80° (соответственно, между плоскостями пар 10-120°). Наклонные диски 20, 21 установлены с возможностью перемещения вдоль оси вала 22, что позволяет регулировать расстояние между ними. Количество пар перфорированных дисков 20, 21 устанавливают в зависимости от требуемой производительности смесителя-поризатора 7. Оси отверстий могут быть ориентированы перпендикулярно плоскости дисков 20, 21 или параллельно оси вала 22. Вместо перфорированных дисков могут устанавливаться диски из сеток, преимущественно пластмассовых, с размером ячеек в свету 2-10 мм.

При работе из емкости 1 (рис. 43) вяжущее, например гипсовое, подают шнеком в емкости 2 до определенного уровня, который в процессе работы установки автоматически поддерживается постоянным, затем вяжущее подают в объемный дозатор 3, а из него - в смеситель 4 дезинтеграторного типа, куда из емкости 8 насосом-дозатором 10 подают водные растворы регулятора сроков схватывания вяжущего. Затем смесь выгружают в основную смесительную камеру 5, откуда перемешанную смесь с помощью растворонасоса 6 подают в смеситель-поризатор 7, в который подают также раствор пенообразователя из емкости 9 насосом-дозатором 11 и сжатый воздух компрессором 12.

Рис. 43. Схема и конструкция смесителя для получения поризованной строительной смеси

В способе приготовления поризованной строительной смеси (патент 2081099 России, С04В 40/00, В28С 5/16, опубл. 21. 07. 1995) путем загрузки в смесительную емкость воды, пенообразующей добавки, цемента и песка, и их перемешивания, для повышения качества пенобетона, в качестве песка используют песок с модулем крупности 0,9-2,5, а перемешивание осуществляется в две стадии: на первой стадии гомогенизации перемешивание ведут в течение 5-30 с со скоростью 40-200 1/мин, а на второй стадии погрузки - в течение 50-180 с со скоростью 400-1000 1/мил. Способ реализуется в устройстве, включающем смесительную емкость, приводной вал и полые лопасти с соплами, причем приводной вал снабжен по крайней мере двумя кронштейнами, на каждом из которых под углом 45-90° к горизонтальной плоскости установлена лопасть, внутренняя полость которой соединена с атмосферой при помощи воздухозаборника, расположенного в верхней части лопасти, а сопла размещены вдоль лопасти со стороны, противоположной направлению вращения приводного вала. Предполагаемое устройство имеет 37 вариантов осуществления.

В способе приготовления пенобетона (пат. 2173675 России, С04В 38/10, ВНИИСТРОМ, опубл. 22. 03. 1999) включающем обработку сухой смеси вяжущего и наполнителя, подготовку пены, последовательное смешивание сухой смеси с водой и пеной в проточном смесителе, для повышения качества пенобетона сухую смесь обрабатывают при энергозатратах 10-30 кДж/кг до достижения удельной поверхности смеси 500-3000 смІ/г, пену подготавливают путем введения в пенообразователь вяжущего с удельной поверхностью 500-5000 смІ/г в количестве 0,1-5,0% от ее массы с последующей обработкой в центробежном агрегате до получения пузырей размером 1-500 мкм.

Линия по производству пенобетонных изделий и пеногенератор (пол. мод. №11727 России, В01F 3/04, опубл. 25. 06. 1999), включающая расположенные в технологической последовательности пенобетоносмеситель с дозаторами раствора пенообразователя и пены, емкость для раствора пенообразователя, пеногенератор, соединенный с компрессором для подачи сжатого воздуха и с насосом, устройство для заполнения форм пенобетонной смесью, устройство для набора изделиями формовочной прочности, пульт управления, выполнена так, что пенобетоносмеситель дополнительно содержит дозатор добавок и дозаторы вяжущего и заполнителя или их смеси, после компрессора установлен редуктор для поддержания постоянного давления в пеногенераторе, а после насоса установлены не менее одного байпаса, фильтр для очистки раствора пенообразователя и клапан обратного хода. В линии устройство для формирования изделий может быть выполнено при изготовлении изделий в вертикальных или горизонтальных формах (опалубках). Пеногенератор, содержащий корпус, входной и выходной патрубок для подачи сжатого воздуха и камеру предварительного смешения, выполнен так, что корпус заполнен диспергирующим материалом в виде пластин, закрученных по спирали, камера предварительного смешивания содержит эжектор, состоящий из корпуса в виде цилиндра, в котором образованы пересекающиеся взаимно перпендикулярные каналы, образующие единую систему, причем площадь поперечного сечения патрубка для подачи раствора пенообразователя не менее чем в 2 раза больше площади поперечного сечения патрубка для подачи сжатого воздуха. При этом длина пластин, образующих диспергирующий элемент, позволяет получить 2-3 витка спирали, причем длина спирали в 2-3 раза больше ее диаметра.

Передвижная универсальная строительная установка (пат. 2189309 России, В28С 5/38, опубл. 03. 01. 2001) состоящая из платформы с колесами, на которой смонтированы пеногенератор, емкость для пенообразующей жидкости, емкость для чистой воды, смеситель принудительного действия с бетононасосом, конвейер с бункером-дозатором для подачи цемента и песка в смеситель, и пульт управления, отличается тем, что в состав установки дополнительно включена емкость для сбора воды после промывки всей системы от остатков пены, пенообразователя, пенобетона, с возможностью использования промывочной воды для производства пенобетона, а также дополнительно включена автономная электростанция, работающая на жидком топливе, причем все элементы выполнены по модульной схеме в виде отдельных автономных быстросъемных блоков.

Принимаемые меры по повышению качества пенобетона - применение более эффективных пенообразователей, ограничения по дисперсности песка и обработка смеси цемента и влажного песка в стержневой мельнице-смесителе, позволяют получать сравнительно однородные по плотности пенобетонные изделия. Однако их прочность соответствует средним и нижним переделам показателей, регламентируемых стандартами для неавтоклавных бетонов. Авторами [143] было сделано предположение о том, что причиной указанного является недостаточное количество «строительного материала» для образования бездефектной структуры. При этом общую зависимость относительной плотности изделия ячеистой структуры можно представить в виде [87]:

(/_о) = {1-К₁ /[1 + (b/d)]і}, (16)

где , _о - соответственно плотность материала и газа в поре, кг/мі; d - диаметр поры, м; b - толщина стенки перегородки в пенобетоне, м; К₁ - коэффициент структуры, показывающий величину максимально возможной пустотности (К₁ = 0,52 - при кубической упаковке шаровых пустот, К₁ = 0,68 - при упаковке шаровых пустот в ячейках 14-гранника; К₁ = 0,74 - при гексагональной упаковке шаровых пустот в ячейках 12-гранника; К₁ = 0,785 - при упаковке эллипсоидных пустот в ячейках 14-гранника; К₁ = 1 - при структуре материала, состоящего из многогранников с одинаковой толщиной перегородок).

Как следует из уравнения (16), наименьшая плотность достигается при К₁ = 1, т.е. когда пространственная структура материала состоит из многогранников и напоминает соты. Полученная из уравнения (16) зависимость минимальной толщины перегородок в пенобетоне (рис. 44, а) различной плотности от размера пор при одинаковых размерах ячеек и плотности перегородок - 1650 г./смі, соответствует экспериментальному значению [143] при составе сырьевой смеси: цемент / песок = 50/50 и при В/Т = 0,3. Анализ полученных показателей минимально возможной толщины перегородок в пенобетоне свидетельствует о необходимости более жесткого подхода к дисперсности песка и любого другого кремнеземистого компонента, используемого в производстве пенобетона, а при низких плотностях - и к дисперсности цемента. Например, при порах 1-2 мм (реально максимальный размер пор в пенобетоне) и плотности 900 кг/мі минимальная толщина перегородок не может быть более 0,3-0,6 мм; при = 600 кг/мі - 0,17-0,32 мм; при = 400 кг/мі - 0,1-0,2 мм, а при = 300 кг/мі - менее 0,09 мм.

Рис. 44. Зависимость минимальной толщины перегородок в пенобетоне различной плотности от размера пор при идеальной сотовой пространственной структуре (а) и структуры ТИ материала: зернистая омоноличенная (б) и зеросто-ячеистая (в) цена деления 1 мм

По сравнению с ранее полученными данными [87] малодефектная и достаточно прочная перегородка может быть получена из 3-5 частиц цемента и песка по толщине перегородки. Соответственно средний, а возможно даже максимальный размер частиц цемента и песка, образующих эту перегородку, должен быть в 3-5 раз меньше минимальной толщины перегородки. Полученные данные наглядно (рис. 44, а) свидетельствует о перспективности создания крупнопористых ячеистых и сотоподобных структур с размером пустот 3-5 мм, а возможно, 5-20 мм и более. Например, возможно изготовление легкого бетона на цементном вяжущем и вспученном полистирольном заполнителе «методом самоуплотняющихся масс» [87], базирующемся на «довспенивании» пенополистирольных гранул с цементным раствором в закрытом объеме с превращением гранул в многогранники и с образованием сотоподобных ячеек, замкнутых в плотные и прочные цементные оболочки, образующие неорганический несущий каркас в относительно мало прочном органическом пенополистирольном теле. Другим возможным путем является частичное или полное удаление строительного материала из каналов Плато в ячеистой структуре, где материал практически является утяжеляющим балластом, - переход к зернистой и зернисто - ячеистой структуре изделий. Разработан [144] способ формования пустотелых силикатных зерен диаметром от 2-5 до 40 мм и толщиной оболочки от 0,1 до 2,5 мм, с насыпной плотностью 100-200 кг/мі. Такие зерна (рис. 44, б) после твердения (сырье-цемент и наполнитель) или обжига (сырье-глина) могут использоваться как ТИ засыпки или изделия. В последнем случае сразу после формирования зерна укладываются в форму и легко уплотняются. В результате твердения или обжига места контактов омоноличиваются и образуется зернистая и даже в ряде случаев сотоподобная структура. Возможна промежуточная зернисто-ячеистая структура (рис. 44, в), полученная из зернистого материала в качестве заполнителя и пенобетона в качестве ТИ заполнителя межзерновой пустотности. Параметры получения ТИ с такой структурой: исходная сырьевая смесь-цемент - 45%; песок с М_кр = 1,07-55% (цемент и песок, обрабатываются совместно в сырьевой мельнице - смесителе); S_уд смеси - около 1600 смІ/г; В/т - при получении зерен 0,15/0,2; при получении пенобетона - 0,3/0,34; при изготовлении изделий - 0,2/0,24; время достижения распалубочной прочности - 5/8 часов; плотность бетона - 740/820 кг/мі; предел прочности при сжатии зернисто-ячеистого бетона - 4,5/5,7 МПа; предел прочности при сжатии «классического» пенобетона такого же состава и плотности - 2,5/3,5 МПа. Эти результаты подтверждают целесообразность создания изделий зернистой и зернисто-ячеистой структуры, обеспечивающей при использовании грубодисперсного немолотого песка получение ТИ бетонов с прочностью, соизмеряемой с прочностью автоклавных ячеистых бетонов на основе молотых исходных компонентов. Таким образом, для устранения повышенных усадочных явлений можно вводить в состав пенобетона пеногранулы, предварительно изготовленные из этой же массы пенобетона. Такой композитный пенобетон авторы назвали 143 - «Пенопорит» и в состав его сырьевых компонентов можно также вводить различные красители, ускорители твердения, пластификаторы и армирующие средства.

Система монолитного строительства «Монопор» 145, основанная на применении нормально твердеющих поризованных бетонов на немолотом песке, имеет аппаратурное оформление, включающее аппарат для поризации бетонной смеси непосредственно на месте укладки или смеситель-порогенератор (пат. 2109557 России), а также комплект щитковой опалубки. Оптимальные составы отвечают соотношением Ц/П = 1/(1,75-2) и В/Ц = 0,4-0,5. Получение поризованной бетонной смеси производится при одностадийном перемешивании в смесителе турбинного типа со скоростью вращения 15 1/с при продолжительности 4 мин; необходимая пористость достигается дозировкой воздухововлекающей добавки «Пеностром» в диапазоне 0,05-0,2% от массы цемента при 10% концентрации ее в рабочем растворе. Используется портландцемент ПЦ-500 ДО, песок кварцевый мелкий (1,2 мм), твердение в нормальных условиях - 28 суток. При средней плотности D 800-1600 кг/мі возможно существование двух граничных типов структуры поризованного пенобетона: 1) поры воздухововлечения относительно мелкие, их объем невелик, поэтому более крупные, чем макропоры, включения зерен песка образуют пространственный каркас, который омоноличивается цементным камнем, наполненным включениями воздухововлеченных пор (рис. 45, а); 2) поры воздухововлечения относительно крупные, их объемное содержание повышенное; диаметр зернистых включений меньше диаметра макропор и в этом случае макропоры «омоноличены» материалом, состоящим из цементного камня, наполненного зернистыми включениями (рис. 45, б).

Рис. 45. Структура поризованного бетона: 1 - зернистые включения; 2 - цементный камень; 3 - пора воздухововлечения

В последнем типе структуры (рис. 45, б), при увеличении содержания макропор принципиально важным становится требование конгруэнтности размера зерен песка D3 толщине перегородки , так как для эффективного использования потенциала прочности межпоровых перегородок в конструкции структуры поризованного бетона необходимо выполнение условия квазиоднородности структуры матричного материала, в соответствии с которым размер включения должен быть меньше величины как минимум в 4-5 раз.

Имеется двоякая роль макропор: с одной стороны, они ослабляют материал, являясь концентраторами напряжений, с другой стороны, изменяются и условия распространения трещин в материале - с образованием макропор по фронту развивающейся трещины происходит увеличение радиуса основания трещины, что приводит к снижению концентраций напряжений по фронту трещины. Соответственно этому увеличивается предельная растяжимость поризованного бетона. При плотности пенобетона > 1200 кг/мі средний диаметр зерен песка превышает средний диаметр макропор, структура пенобетона соответствует первому типу и характеризуется наличием пространственного каркаса из зерен песка, омоналичиваемых цементной матрицей и достаточно высокими значениями показателей разрушению материала. При < 1200 кг/мі средний диаметр пор увеличивается и превышает средний диаметр зерен песка, а структура пенобетона соответствует второму типу (рис. 45, б.). Из характеристики параметров структуры (табл. 5) видно, что для поризованного бетона на немолотом песке в диапазоне его средней плотности 800-1200 кг/мі условие квазиоднородности структуры межпоровой перегородки не выполняется. Для выполнения этого условия необходимо, чтобы при существующем размере макропор (D_n > 250 мкм) диаметр зернистых включений не превышал 32-64 мкм (при использовании немолотого песка, даже при М_к = 1,2, размер зерен фактически превышает 200 мкм). Поэтому при средней плотности = 800-1000 кг/мі для поризованного бетона на немолотом песке характерно ухудшение качества пористой структуры. В связи с этим, можно говорить о рациональных границах использования немолотого песка для получения поризованного пенобетона.

Применение песка естественной гранулометрии с величиной М_к < 1,7 представляется возможным для бетонов с = 1200-1600 кг/мі. Для бетонов с = 1200-1000 мі/кг необходимо использовать песок с величиной удельной площади поверхности не менее 100 мІ/кг, для чего требуется его фракционирование или помол. Для бетонов с < 1000 кг/мі необходимым оказывается применение молотого песка с удельной поверхностью 150-200 мІ/кг.

Таблица 5. Параметры структуры и показатели свойств поризованного бетона

По технологии производства пенобетона (пат. 2145315 России) в качестве вяжущего применяют портландцементы, шлакопортландцементы, гипсовые и магнезиальные вяжущие, а в качестве заполнителей - пески естественного и искусственного происхождения (керамзитовые, вермикулитовые, перлитовые). Указывается [146], что самым дорогим и сложным в приготовлении является пенообразователь (клееканифольный, жидкостекольный, протеиновый, например гидролизная кровь). По методу монолитного домостроения применялся пенобетон средней плотности 1000 кг/мі с компонентами: портландцемент ПЦ 400-ДО; песок - состава 80% кварца, 16% кальцита, с модулем крупности до 1,2 мм; пенообразователь «Унипор» - жидкость на основе гидролизата протеина. Технологическая схема предусматривала: загрузку в бетоносмеситель свободного падения СБ-91Б песка, цемента и воды; перемешивание до однородной массы в течение 2-2,5 мин; разбавление пеноконцентрата водой в соотношении 1: 40 и тщательное его перемешивание; пропускание смеси через пеногенератор ПГ-1 «Кунай», установленный на одном уровне с бетоносмесителем, и смешивание раствора со сжатым воздухом под давлением 0,8 МПа; подачу образовавшейся пены в бетоносмеситель и перемешивание пенобетонной смеси в течение 4-5 мин; выгрузку из бетоносмесителя в специальную емкость, которая краном подается к месту формирования. При этом бетон укладывается в опалубку быстро, не допуская расслоения. Твердение пенобетонной смеси происходит в естественных условиях. Свежеотформованный пенобетон, находящийся в опалубке, специально накрывается брезентом для предохранения от попадания прямых солнечных лучей и дождя.

При возведении монолитных конструкций из пенобетонов наблюдается ряд затруднений: усадка пенобетонной смеси в форме; необходимость послойного бетонирования до 50-60 см при применении материала в построечных условиях; возможность раслоения смеси при транспортировке, длительное время достижения распалубочной прочности. Традиционная технология производства пенобетона не допускает проведения работ ниже 15°С, так как наблюдается замедление сроков набора пластической прочности пенобетонной смеси, ее осадка и нарушение структуры. Можно свести данные недостатки к минимуму при организации предварительного электроразогрева пенобетонной смеси. При этом разогретая смесь резко интенсифицирует набор прочности, а низкая теплопроводность такой смеси делает термосное выдерживание более благоприятным, чем у бетона на плотном заполнителе. Эти обстоятельства позволяют снизить усадку пенобетона и увеличить высоту бетонируемого слоя до 70 см [147].

Термовиброобработка пенобетонной смеси, перед ее укладкой в опалубку, неприменима, из-за наличия воздушных пор, образованных в цементном растворе при его смешении с пеной, что оказывает существенное влияние на физические процессы, происходящие при формировании структуры пенобетона из разогретых смесей. При сочетании поризации и предварительного разогрева цементного раствора недопустимы большие объемные расширения воздуха, защемленного в порах цементного раствора, что приводит к нарушению структуры пенобетонного сырца. По этой причине температура разогрева пенобетонной смеси ограничена 50-55°С [147].

Структурообразующими элементами пенобетона являются поры, образованные при смешении пены с раствором, и растворная матрица из цементно-песчанного раствора. Пока пенобетонная смесь находится в пластическом состоянии, задача технолога заключается в том, чтобы в большей мере сохранить изначально полученные свойства пенобетонной смеси. Поэтому рационально разогревать не пенобетонную смесь, а ее растворную составляющую до 70-80°С. После перемешивания раствора, разогретого до 70-80°С с пеной, снимается острота проблемы объемных температурных расширений защемленного воздуха. Однако, при постепенном остывании пенобетонной смеси начинаются объемные сокращения защемленного воздуха, нагретого при перемешивании пены с разогретым раствором. Для сведения к минимуму этого явления необходим ускоренный набор прочности растворной матрицы пенобетона. Это возможно при смещении первой стадии (растворении и коллоидации) твердения.

Предварительный электроразогрев позволяет внести в смесь тепло в начальный период и тем самым создавать в ней благоприятный микроклимат на ранней стадии твердения. Преимущество заключается в том, что уже через 2,5-3 часа с пенобетонным сырцом из электроразогретой смеси можно проводить последующие операции. Поддержание температуры разогрева до 55°С и отсутствие резких температурных градиентов по сечению в течение первых часов (термосное выдерживание 1-2°С/час) положительно влияет на увеличение стойкости смеси. Причем это преимущество максимально при низких температурах для построенных условий.

Смещение твердения цемента на подготовительной период, возможно например перед разогревом цементного раствора, подвергая его воздействию активной предварительной выдержки. При этом осуществляется подготовка реагирующих масс за счет большего растворения зерен цементного клинкера водой к моменту форсированного разогрева бетонной смеси. Ее суть состоит в сочетании процесса выдерживания смеси с технологическими воздействиями на нее, способствующими углублению гидратами цемента, например за счет нагрева до температуры 30-40°С, вибрации или перемешивания.

При составе пенобетонной смеси для получения 1 мі пенобетона средней плотностью 700 кг/мі: цемент М400 - 315 кг/м³, песок - 315 кг/м³ В/Т = 0,4; объем пенообразователя - 20 л, технология производства пенобетона заключалась в следующем [148]. Сравнивались три технологии: 1) бетонная смесь перемешивалась, нагревалась до 70°С, смешивалась с холодной пеной и заливалась в форму; 2) бетонная смесь выдерживалась 30 мин при 20°С, затем нагревалась до 70°С и смешивалась с холодной пеной; 3) бетонная смесь разогревалась до 40°С, выдерживалась 30 мин, затем разогревалось до 70°С и в нее добавлялась холодная пена. Смесь подвергаемая активной предварительной выдержке перед разогревом улучшает прочностные характеристики в первые часы твердения 148.

Повышение долговечности в различных средах эксплуатации является для пенобетонов актуальной задачей [133, 149-151]. Изучение биодеградации и биологического сопротивления пенобетонов производилось [152] при оптимальных составах цементных композиций и следующих технологических параметрах: в качестве вяжущего использовался портландцемент марки 400, порообразующими добавками служили пенообразователи марок ПО-1 и НЕОПОР, в качестве пластификаторов-суперпластификатор С-3, отход лесной промышленности - ОЛП, древесно-смоляной ингибитор ДСИ; наполнитель - диатомит и кирпичная пыль; мелкий наполнитель - стандартный песок. Наибольшая прочность композитов достигается при следующих водоцементных отношениях (В/Ц): 0,35 (на кварцевых наполнителях); 0,42 (на кирпичной пыли); 0,7 (на диатомите). Оптимальное соотношение вяжущего и наполнителя составило для кварцевого и местного песка, кирпичной пыли - 1:1, а для диатомита - 1:0,5. Введение пластификаторов С-3, ДСИ и ОЛП снижает В/Ц отношение на 20-40%. На прочность и плотность существенное влияние оказывает крупность наполнителя, например наилучшие показатели достигаются при крупности кварцевого песка 0,315-0,63 мм и местного глинистого песка - 0,14-0,315 мм. Наибольшей биологической стойкостью обладают пенобетоны, в которых в качестве наполнителя используются кварцевые порошки, пенообразователя - пена марки ПО-1, пластификатора - суперпластификатор марки С-3. Повышению долговечности композитов ячеистой структуры при воздействии биологически активных сред и обрастании грибами, способствует введение фунгицидных добавок - тетрабром - п - крезола, тиурама и арил (арилокси) силана в количестве соответственно - 3; 2 и 1,5% от массы цементного связующего. Применение биоцидных составов позволяет исключить заселение и размножения микроорганизмов на поверхностях пенобетонов и пенополимербетонов [153] и тем самым улучшить экологическую ситуацию в зданиях.

Дальнейшее развитие производства и применения неавтоклавного пенобетона можно осуществлять на основе решения следующих ключевых проблем [154]:

1. Существенное уменьшение влажной усадки неавтоклавного пенобетона, например, за счет применения безусадочных и расширяющихся цементов и соответствующих добавок к бетону [142]. Также цементы, принятые в качестве основного сырья для неавтоклавного пенобетона, позволяет получить малоусадочный материал. Известен [155] ряд дешевых добавок-модификаторов для цементов и бетонов, имеющих многотонажное производство и реальные цены.

2. Организация производства пенобетона с прочностью равной или превышающей прочность автоклавного газобетона. Из большого числа способов и составов [156], повышающих прочность неавтоклавного пенобетона, можно выделить использование суперактивных ультра дисперсных микрокремнеземов, например материала, содержащего более 92% диоксида кремния аморфной модификации, являющегося отходом ферросплавного производства. При этом неавтоклавный модифицированный пенобетон, содержащий 5-7% от массы цемента микрокремнезема Челябинского завода ферросплавов, со средней плотностью от 400 до 800 кг/мі имеет класс по прочности (от В1 до В3,5), равный автоклавному ячеистому бетону.

3. Максимальное использование отходов производства как основного сырья (для условий г. Магнитогорска - отходов горно-обогатительного производства, доменного и конверторного шлака, золы ТЭЦ, горелых песков литейных производств и других), а также маршаллита, месторождения которого имеются в окрестностях города.

2.6 Пенофибробетоны

При введении в структуру пенобетонной смеси дополнительных элементов твёрдой фазы (фибр), у которых длина в 100-2000 раз больше размеров поперечного сечения, устойчивость макроструктуры к внешним нагрузкам увеличивается [157]. Заметное влияние дисперсной арматуры начинает проявляться после насыщения смеси фиброй сверх 0,6% от массы минеральной компоненты, причём фибра не должна образовывать комковатых включений [158]. Пенобетон можно армировать древесными волокнами (заявка 2283869 Франция, СО4В 28/02, опубл. 7. 05. 1976) в количестве 2-12 мас.%, причём волокна минерализуют погружением в силикат натрия.

Масса для изготовления ТИ материала (а. с. 1134559 СССР, СО4В 38/02, опубл. 15. 01. 1985) содержит (мас.%): минеральное волокно (минеральная или шлаковая вата) - 40-60; фосфогипсовое вяжущее - 21-36; портландцемент - 9ч15; пуццолановая добавка (трепел, диатомит и др.) - 6-9; пенообразователь - 0,4-0,6. Тщательно перемешивают фосфогипсовое вяжущее, портландцемент и пуццолановую добавку, добавляют пенообразователь и в пропеллерной мешалке готовят пеноминеральную массу. Отдельно готовят пеномассу, в которую вводят вату, а затем при постоянном перемешивании вводят пеноминеральную массу и окончательно перемешивают в лопастном смесителе 5-6 минут. Из полученной массы с влажностью 60-70% формуют изделия, выдерживают в течение суток, а затем сушат при 110-120°C в течение 6 часов.

В способе получения ТИ материала (а. с. 1219572 СССР, СО4В 38/02, опубл. 23. 03. 1986), включающем приготовление пены при перемешивании и последовательное введение в неё волокнистого наполнителя и вяжущего, для улучшения свойств, в пену при постоянном перемешивании вводят сначала 7-25% волокнистого наполнителя, а оставшуюся его часть добавляют после введения вяжущего, при этом одновременно уменьшают интенсивность перемешивания в 1,5-4 раза, которое продолжают до получения однородной массы. Используют смеситель с частотой вращения 600-800 об/мин, в качестве волокна - минеральную вату, стекловолокно (с длиной волокон 5-50 мм), в качестве вяжущего - портландцемент, гипс. Полученные образцы подвергают сушке при 65°C.

В способе приготовления сырьевой смеси для пеносиликатных изделий (а. с. 1235848 СССР, СО4В 28/24, опубл. 07. 06. 1986), включающем смешение жидкого стекла, кремнефтористого натрия и кремнеземистого компонента с последующим совмещением полученного раствора с пеной на основе хозяйственного мыла, для снижения водопоглощения, в раствор предварительно вводят волокно (например, базальтовое), а пену готовят путём смешивания суспензий мыла с карбоксилатным латексом и полиэтилгидросилоксана с жидким стеклом при содержании последнего 4,5-6% от общего его количества в смеси. Жидкое натриевое стекло перемешивают с кремнефтористым натрием, молотым кварцевым песком с удельной поверхностью 4500 см²/г и ватой в растворомешалке принудительного действия до получения однородной массы. В отдельной ёмкости смешивают мыло концентрации 1:40 и карбоксилатный латекс для получения однородной смеси, которую вспенивают в течение 2 минут в пеновсбивателе, затем добавляют суспензию 50%-ной полиэтиленгидроксилоксановой эмульсии (ГКЖ-94) в растворе жидкого стекла и 6 минут вспенивают композицию до получения пены, которую заливают в растворомешалку и в течение 2-3 минут перемешивают до получения гомогенной вспененной композиции. Смесь заливают в формы и она твердеет в естественных условиях и с подсушкой. Состав растворной смеси (%): жидкое стекло плотностью 1,3 г/см³ - 57-61,5; кремнефтористый натрий - 10-15; кремнеземистый компонент - 7,5-10; бизольтовая вата - 3-5. Состав пенообразователя (%): мыло - 5; карбоксилатный латекс - 2-5; полиэтиленгидросилоксан - 1,5-2; жидкое стекло плотностью 1,2г/см³ - 4,5-6.