CC BY
19УДК 691.327.332
А.А. ПАК, канд. техн. наук (pak@chemy.kolasc.net.ru), Р.Н. СУХОРУКОВА, науч. сотрудник
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН (184209, Мурманская обл., г. Апатиты, ул. Академгородок, 26а)
Особенности технологии газобетонных изделий и предложения по ее совершенствованию
Приводится анализ традиционной технологии газобетонных изделий, отмечены ее отличительные особенности и недостатки. Сформулированы предложения по устранению отмеченных недостатков: затворять газобетонную смесь холодной водой, изготавливать изделия в закрытых формах и начинать тепловлажностную обработку изделий без предварительной выдержки. Благодаря всестороннему обжатию бетона жесткими стенками формы можно осуществлять ускоренный подъем температуры в тепловом агрегате без опасения деструктивных разрушений бетона. Выполненными экспериментами установлено, что для получения бетона повышенной прочности необходимо обеспечить в закрытой форме эффект подпрессовки газобетонной смеси (внутреннее напряжение). Для этого рекомендуется формовать изделия в закрытой форме из газобетонной смеси расчетной плотностью на одну марку (100 кг/м3) меньше, чем в открытой форме, при условии заливки в формы одинакового количества бетонной смеси.
Ключевые слова: газобетон, технология, автофреттаж, открытая и закрытая форма.
Для цитирования: Пак А.А., Сухорукова Р.Н. Особенности технологии газобетонных изделий и предложения по ее совершенствованию // Строительные материалы. 2017. № 1-2. С. 110-112.
A.A. PAK, Candidate of Sciences (Engineering) (pak@chemy.kolasc.net.ru), R.N. SUKHORUKOVA, researcher
The I.V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Russian Academy of Sciences Kola Science Center (26a, «Academic Town», Apatity, 184209, Murmansk region, Russian Federation)
Features of Technology of Gas Concrete Products and Proposals for Its Enhancement
An analysis of the traditional technology of gas-concrete products is presented, its distinctive features and shortcomings are noticed. Proposals for the elimination of noticed shortcomings are formulated: to add cold water to a gas-concrete mix, produce the products in the closed moulds and begin the thermal-humidity treatment of products without preliminary curing. Due to the full compression of concrete by rigid walls of the mould, it is possible to implement the accelerated temperature raise in the heating aggregate without fear of destructive destructions of concrete. Experiments conducted found that to obtain the concrete of improved strength, it is necessary to ensure the effect of pre-pressing of the gas-concrete mix (internal stress) in the closed mould. For this, it is recommended to form the products from gas-concrete mix with calculated density for a mark lesser (100 kg/m3) in the closed mould than in the open mould under the condition that equal quantities of concrete mix are filled in both moulds.
Keywords: gas concrete, technology, strength, open and closed mould.
For citation: Pak A.A., Sukhorukova R.N. Features of technology of gas concrete products and proposals for its enhancement. Stroitel'nye Materialy [Construction materials]. 2017. No. 1-2, pp. 110-112. (In Russian).
Наиболее характерными особенностями технологии газобетонных изделий являются: приготовление бетонной смеси без крупного заполнителя; литая консистенция; затворение смеси водой с температурой 50—70оС. При формовании изделий газобетонная смесь наливается в форму не на всю ее высоту, так как в результате газообразования она вспучивается, увеличиваясь в объеме на 20—70%, заполняя при этом оставшийся объем формовочной полости с поднятием излишка смеси над бортами формы и образуя так называемую горбушку. После набора бетонной смесью необходимой критической прочности горбушка срезается и направляется на бето-носмесительный узел для повторного использования (на крупных, полностью механизированных заводах) либо удаляется в отвал (на предприятиях малой производительности) [1, 2]. Такие технологические операции осуществляются только с газобетонной смесью. Другие бетонные смеси (тяжелые на плотных и легкие на пористых заполнителях) укладываются в форму на всю ее высоту и подвергаются виброуплотнению [3]. После виброуплотнения объем этих бетонных смесей остается уже неизменным. Процессы газообразования и вспучивания бетонной смеси очень нестабильны и зависят от множества факторов: реологических свойств смеси, температуры сырья и окружающей среды, щелочности и экзотермичности вяжущего, колебаний атмосферного давления, даже сотрясения формы и наличия сквозняков в цехе [4]. Нестабильность вспучивания смеси приводит к колебаниям плотности газобетона, которая в отличие от других видов бетонов определяет большин-
ство других эксплуатационных показателей ячеистого бетона: прочность, теплопроводность, долговечность, усадку и др. [5, 6]. Если тяжелые бетоны, независимо от класса по прочности, имеют практически одинаковую плотность (около 2400 кг/м3), то у ячеистых бетонов величина плотности варьируется от 200 до 1200 кг/м3.
Кроме того, немаловажным фактором получения изделий с малым интервалом плотности является заливка в форму строго определенного количества газобетонной смеси без образования горбушки. Отсюда логичным было предложение формовать газобетонные изделия в формах, покрываемых сверху крышкой. Метод формования изделий под крышкой был предложен еще в 1959 г., получивший впоследствии название автофреттаж [7]. Выполненные эксперименты показали, что формование газобетонных изделий под крышкой благотворно влияет на структурообразование газобетона: отжимается из смеси излишек воды затворения, обеспечивается снижение удельного расхода материальных, трудовых и энергетических ресурсов, ликвидируется отход производства (горбушка), улучшается экологическая обстановка, повышается качество газобетона. Однако до настоящего времени попытки практического внедрения метода автофреттажа выявили много существенных недостатков. Связано это с повышением металлоемкости форм, увеличением высоты форм и снижением коэффициента заполнения пропарочной камеры, необходимостью дополнительной производственной площади для складирования крышек, увеличением ручного труда при распалубке, чистке, смазке форм, установке и за-
Results of scientific research
Таблица 1
Прочность газобетона в зависимости от вида формы и высоты заливки бетонной смеси
Форма № Высота заливки бетонной Плотность, кг/м3 Прочность, МПа
формы смеси в форму, см Расчетная Фактическая Средняя Фактическая Средняя
470 1,6
1 5 500 462 472 1,5 1,6
Открытая 482 1,7
699 3,4
2 6 700 696 702 3,8 3,7
710 3,9
582 2,3
3 5 500 649 609 3,1 2,4
596 1,9
533 1,9
4 4 500 564 552 2,1 2
Закрытая 560 2,1
760 5,9
5 6 700 804 805 5,8 6,1
852 6,5
660 3,5
6 5 700 681 676 3,9 3,9
686 4,2
Таблица 2
Результаты прочностных испытаний газобетона, полученных в открытой и закрытой формах
из разноплотных бетонных смесей
Номер образца Плотность, кг/м3 Прочность, МПа / % Вид формы
Расчетная Фактическая Средняя Фактическая Средняя Приведенная к Y =700 кг/м3
1-1 700 679 684 3,6 3,7 3,9/100% Открытая
1-2 693 4
1-3 681 3,6
2-1 600 768 722 6,9 5,7 5,4/139% Закрытая
2-2 706 5,2
2-3 692 5
3-1 600 625 631 3 3,4 3,8/97% Открытая
3-2 634 3,4
3-3 633 3,9
креплении крышек на форме. Первоначально не успевали даже установить и закрепить крышки на форме, так как разогретая газобетонная смесь начинала вспучиваться и вытекать из формы. За прошедшие десятилетия разработаны различные технические решения, которые устраняют практически все перечисленные недостатки технологии автофреттажа [8].
В подавляющем большинстве случаев ячеисто-бе-тонные изделия формуют по традиционной технологии в открытых формах. К недостаткам газобетонной технологии в открытых формах можно отнести затраты энергии на подогрев воды затворения до 50—70оС; необходимость выдержки заформованных изделий в течение 3—5 ч (если в специальной камере дозревания температура окружающей среды 40±5оС, то 1—1,5 ч) для набора бетоном критической прочности; образование горбушки (10—15% от массы изделия); необходимость в плавном подъеме температуры в пропарочной камере в течение 2—4 ч во избежание деформаций в бетоне.
С целью устранения указанных недостатков авторами предлагается:
— затворять газобетонную смесь холодной (неподогре-той) водой;
— изготавливать газобетонные изделия в формах, закрываемых сразу после заливки бетонной смеси
жесткой крышкой, фиксируемой с бортами или поддоном формы;
— ставить заформованные изделия в пропарочную камеру, предварительно разогретую до 40—45оС;
— начинать тепловлажностную обработку изделий сразу после установки форм в пропарочной камере; во время ТВО происходит вспучивание газобетонной смеси с последующим прижатием и выравниванием по плоскости крышки с заполнением углов и краев изделия без формирования горбушки;
— подъем температуры в пропарочной камере до температуры изотермической выдержки осуществлять за 1—1,5 ч без опасения возникновения температурных деформаций в бетоне, развитию которых будут препятствовать жесткие стенки формовой оснастки. Благодаря формованию изделий в закрытой форме
из холодной газобетонной смеси достигается вспучивание газобетонной смеси в процессе тепловлажностной обработки в пропарочной камере; выполнение процессов заливки газобетонной смеси и закрытия формы крышкой в спокойном режиме без опасения преждевременного вспучивания смеси; исключение затрат тепловой энергии на подогрев воды затворения; снижение расхода газобетонной смеси, затрачиваемой на образование горбушки; уплотнение всех поверхностных слоев
500 600 700
Плотность газобетона, кг/м3
Прочность газобетона в зависимости от вида формы и расчетной плотности газобетона
изделия (получение вариотропных изделий); сокращение технологического цикла изготовления изделий на 4—6 ч за счет исключения предварительной выдержки на созревание горбушки и набора газобетонной смесью критической прочности, а также ускоренного разогрева изделий в процессе тепловлажностной обработки.
С целью подтверждения основных выдвинутых технологических приемов и их влияния на прочностные свойства газобетона был выполнен цикл экспериментов путем изготовления образцов-кубов размерами 7,07x7,07x7,07 см в открытой форме по традиционной технологии (на горячей воде) и закрытой форме (на холодной воде). В табл. 1 приведены результаты прочностных испытаний газобетона после пропаривания при 85±5оС в открытой и закрытой формах и высушивания до постоянной массы при 105—110оС.
Как видно из табл. 1, при заливке в формы одинакового количества смеси в закрытой форме (высота заливки бетонной смеси в форму) получается газобетон плотнее, чем в открытой форме, на 100-130 кг/м3 (формы 1 и 3; 2 и 5). Объяснением этому может служить то, что в закрытой форме материал горбушки не удаляется, а вдавливается в тело изделия. Эксперименты показали, что для получения бетона одинаковой плотности нужно в закрытую форму наливать газобетонную смесь на 20% меньше, чем в открытую форму (формы 1 и 4; 2 и 6). При этом, как показали испытания, при равенстве плотностей прочность бетона как в открытой форме, так и в закрытой практически одинакова. Отсюда можно предположить, что для получения бетона повышенной прочности необходимо обеспечить в закрытой форме обязательный подпор, подпрессовывание газобетонной смеси, приводящее вместе с повышением плотности к увеличению прочности газобетона. Иными словами, без подпора, плотного прижатия бетонной смеси к стенкам закрытой формы прочность газобетона не увеличивается.
Для создания внутреннего напряжения структуры бетона предложено в закрытой форме формовать из газобетонной смеси расчетной плотностью на одну марку (100 кг/м3) меньше, чем в открытой форме. В табл. 2 приведены результаты испытаний образцов газобетона, полученных из газобетонной смеси расчетной плотностью 700 кг/м3 в открытой форме и 600 кг/м3 — в закрытой.
Результаты испытаний из табл. 2 показывают, что газобетон, полученный в закрытой форме, при равенстве
плотностей и создании внутреннего напряжения на 39% прочнее газобетона, полученного в открытой форме.
На рисунке представлены усредненные прочностные показатели газобетона различной плотности в зависимости от вида формовой оснастки.
Выводы. Выполнен анализ традиционной технологии газобетонных изделий и сформулированы основные ее недостатки. Разработаны предложения по совершенствованию газобетонной технологии и выполнены сравнительные прочностные испытания газобетона, полученного по традиционной и усовершенствованной технологии.
Список литературы
1. Боженов П.И. Технология автоклавных материалов. Л.: Стройиздат, 1978. 368 с.
2. Вишневский А.А., Гринфельд Г.И. Выбор технологии производства автоклавного газобетона: ударная или литьевая // Строительные материалы. 2015. № 8. С. 4-7.
3. Баженов Ю.М. Технология бетона. М.: Высшая школа, 1987. 415 с.
4. Лотов A.B., Митина H.A. Особенности технологических процессов производства газобетона // Строительные материалы. Наука. 2003. № 1. С. 7-9.
5. Сажнев Н.П., Гончарик В.Н., Гарнашевич Г.С., Соколовский Л.В. Производство ячеисто-бетонных изделий: теория и практика. Минск: Стринко, 1999. 284 с.
6. Миронов С.А., Кривицкий М.Я., Малинина Л.А., Малинский Е.Н., Счастный А.Н. Бетоны автоклавного твердения. М.: Стройиздат, 1968. 280 с.
7. Чернов А.Н., Аминов Г.Г. Автофреттаж в технологии газобетона // Строительные материалы. 2003. № 11. С. 22-23.
8. Патент РФ 2244079. Способ изготовления блоков, устройство для сборки и cмазки перегородок и бесподдонный захват. Чернов А.Н. Заявл. 27.05.2004. Опубл. 10.01.2005. Бюл. № 1.
References
1. Bozhenov P.I. Tekhnologiya avtoklavnykh materialov [Technology of steam-cured materials]. Leningrad: Stroyizdat. 1978. 368 p.
2. Vishnevsky А.А., Grinfeld G.I. Choice of production technology of autoclaved cellular concrete: impact or molding. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2015. No. 8, pp. 4-7. (In Russian).
3. Bazhenov Yu.M. Tekhnologiya betona [Concrete technology]. Moscow: Vysshaya shkola. 1987. 415 p.
4. Lotov A.V., Mitina N.A. Technological features in gas concrete manufacture. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. Application Nauka. 2003. No. 1, pp. 7-9. (In Russian).
5. Sazhnev N.P., Goncharik V.N., Garnashevich G.S., Soko-lovsky L.V. Proizvodstvo yacheisto-betonnykh izdelii: teo-riya i praktika [Manufacture of cellular concrete articles: theory and practice]. Minsk: Strinko. 1999. 284 p.
6. Mironov S.A., Krivitsky M.Ya., Malinina L.A., Malinsky E.N., Schastny A.N. Betony avtoklavnogo tverdeniya [High-pressure steam cured concretes]. Мoscow: Stroyizdat. 1968. 280 p.
7. Chernov A.N., Aminov G.G. Cold forging in gas concrete technology. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2003. No. 11, pp. 22-23. (In Russian).
8. RF patent 2244079. Sposob izgotovleniya blokov, ustroyst-vo dlya sborki i smazki peregorodok i bespoddonnyi zakhvat [A method for block manufacture, a device for assembly and lubrication of partitions, and a paletteless holding device]. Chernov A.N. Declared 27.05.2004. Published 10.01.2005. Bulletin No. 1. (In Russian).
