Теплоэффективные строительные материалы в современном строительствеСовременное энерго - ресурсосберегающее строительство предъявляет особые требования к используемым строительным материалам.
Зачастую традиционно применяемые в капитальном строительстве материалы не в полной мере отвечают возросшим требованиям в плане теплоэффективности ограждающих конструкций, энергосбережения и снижения себестоимости строительных работ.
В условиях значительного увеличения цен на энергоносители необходимость возведения зданий и сооружений, в полной мере отвечающих современным теплотехническим нормам и требованиям, представляется особенно актуальной.
Резкое увеличение объемов выпуска стеновых материалов низкой теплопроводности, лишний раз подтверждает перспективность данного направления.
Несомненными лидерами среди теплоэффективных стеновых материалов по праву являются ячеистые бетоны и бетоны на легких заполнителях. Мелкоштучные стеновые камни, блоки, панели и плиты из этих материалов активно используются как в малоэтажном, так и многоэтажном домостроении.
Низкая теплопроводность, отличные экологические показатели, малый объемный вес, легкость обработки и, наконец, возможность значительно снизить толщину стены, а, следовательно, и ее стоимость, открывает отличные перспективы массового применения ячеистых бетонов и бетонов на легких заполнителях (например, полистиролбетона) в современном строительстве.
К несомненным достоинствам ячеистого бетона неавтоклавного твердения и полистиролбетона низкой плотности, следует также отнести возможность приготовления этих материалов на строительной площадке в непосредственной близости от места использования. Таким образом, возможность изготовления как теплоизоляционного, так и конструкционного материала различных плотностей непосредственно на строительной площадке позволяет значительно снизить транспортные расходы, отказаться от использования грузоподъемной техники и тем самым значительно снизить себестоимость строительных работ.
Однако область применения полистиролбетона и пенобетона в строительстве не ограничивается организацией теплоэффективных стяжек и покрытий. Мелкоштучные стеновые камни и блоки на основе пористых материалов малой плотности активно используются в различных областях капитального строительства.
Наибольшее распространение получили стеновые блоки размерами 598х295х188мм для кладки на клей и блоки перегородочные толщиной 100мм, объемным весом 400-700 кг/м3. Именно этот типоразмер стеновых блоков в основном используется в малоэтажном строительстве в качестве материала несущих стен и в качестве самонесущего заполнителя в многоэтажном строительстве. Причем особый интерес представляют полистиролбетонные стеновые блоки объемным весом от 350 до 600 кг/м3 пригодные для возведения ограждающих конструкций зданий ограниченной этажности (обычно до трех этажей включительно).
На сегодняшний день именно полистиролбетон низких плотностей явный лидер на рынке теплоэффективных материалов по совокупности основных физико-механических характеристик, цены, доступности производства и применения в малоэтажном строительстве.
При сравнении со стеновыми материалами аналогичного назначения (пенобетон, газобетон) полистиролбетон выигрывает практически по всем параметрам (прочность, теплопроводность, водопоглощение, морозостойкость).
В части теплопроводности полистиролбетонные стеновые блоки, пригодные для возведения несущих ограждающих конструкций, вообще вне конкуренции.
Так, при средней плотности полистиролбетона 600 кг/м3, коэффициент теплопроводности в сухом состоянии 0.145 Вт/(м*°С), класс по прочности на сжатие В2.5 (марка прочности М 35), а морозостойкость F-50 F-100.
Производство полистиролбетона объективно менее затратное предприятие, нежели выпуск неавтоклавного пенобетона аналогичной плотности и тем более автоклавного газобетона. При этом основные проблемы, возникающие при производстве неавтоклавного пенобетона (нестабильная плотность получаемого материала, саморазрушение материала в формах, большая усадка материала при высыхании, особые требования к качеству применяемого цемента), производителям полистиролбетона вообще не известны.
При подаче полистиролбетона на расстояние с использованием растворонасосов различной конструкции, бетон на легких заполнителях материал более стабильный и менее склонный к расслоению, нежели неатоклавный пенобетон аналогичной плотности.
Гранулы вспененного полистирола, полностью готовый к употреблению продукт, работа с которым хотя и достаточно специфична, но в основном строителям знакома и напоминает работу с любым другим легким заполнителем (например, керамзитовым гравием и керамзитовым песком).
При устройстве теплоизоляционных покрытий, кладочных и штукатурных растворов, готовые гранулы вспененного полистирола добавляются в приготавливаемый строительный раствор. После тщательного перемешивания полистиролбетон готов и можно приступать к его укладке.
Однако, если с использованием полистиролбетонной массы непосредственно на строительном объекте все более-менее ясно, формование мелкоштучных полистиролбетонных стеновых блоков имеет свою специфику и требует грамотного подхода.
Традиционно формование блоков из полистиролбетона производится литьевым способом, абсолютное большинство встречающихся рекомендаций по производству полистиролбетона основано именно на литьевом способе формования изделий.
Приготовленный в растворосмесителе полистиролбетон требуемой плотности посредством растворонасоса либо самотеком загружается в кассетные формы. После набора материалом распалубочной прочности, форма разбирается, перегородки снимаются и отформованный полистиролбетонный стеновой блок отправляется на участок сушки. Кассетные формы очищаются от остатков раствора, смазываются и снова собираются для повторной заливки. Причем практически все перечисленные операции выполняются в ручную, а возможность автоматизации этих работ требует очень значительных вложений.
Подобный способ формовки применяется и при производстве стеновых блоков из неавтоклавного пенобетона.
Достаточно хорошо известны основные плюсы и минусы формования стеновых блоков по литьевой технологии в кассетных формах, остановимся подробно лишь на основных из них:
МИНУСЫ литьевой технологии формования стеновых блоков
ПЛЮСЫ литьевой технологии формования стеновых блоков
Таким образом, способ формования полистиролбетонных стеновых блоков по литьевой технологии нельзя признать оптимальным. Тем более, что литьевой способ формования в производстве полистиролбетонных стеновых камней был заимствован с производства стеновых блоков из неавтоклавного пенобетона.
Но неавтоклавный пенобетон — материал, который может быть отформован только лишь литьевым способом (резательная технология не в счет, так как пенобетонный массив под резку формируется также в формах и лишь потом подается на резку), а формование полистиролбетонного стенового блока возможно также и методом объемного вибропрессования на основе жесткой полистиролбетонной смеси, при максимально низком В/Ц отношении.
В отличие от литьевого способа формования изделий, метод объемного вибропрессования является наиболее перспективным, как в плане снижения себестоимости выпускаемой продукции, так и по соотношению: качество изделий - первоначальные затраты на приобретение необходимого оборудования.
Получение жестких полистиролбетонных смесей на производстве обычно не представляет каких-либо трудностей. Единственным обязательным условием получения жестких полистиролбетонных формовочных смесей, является использование смесителей принудительного действия, способных обеспечить максимально равномерное распределение полистирольных гранул в рабочем растворе.
Возможность получения полистиролбетонных стеновых блоков методом объемного вибропрессования позволяет вывести производство теплоэффективных строительных материалов на качественно новый уровень развития.
Снижение В/Ц отношения при переходе на жесткие формовочные смеси позволяет значительно сократить расход цемента и соответственно себестоимость выпускаемой продукции.
Формование стеновых блоков на сменных технологических поддонах открывает возможность кардинального сокращения необходимых производственных площадей. Изделия после моментальной распалубки, на технологических поддонах перемещаются на участок сушки, причем при небольших объемах производства технологический поддон вместе с отформованным стеновым блоком размерами 598х295х188мм может транспортироваться на участок сушки вручную, так как его вес составляет около 12-20кг. Формование изделий методом объемного вибропрессования происходит на одной формующей оснастке, поэтому геометрические размеры изделий совершенно идентичны, а возможные отклонения размеров вполне укладываются в требования действующего ГОСТа (+- 2мм, для кладки блоков на клей).
Таким образом, метод объемного вибропрессования полистиролбетонных стеновых блоков позволяет выпускать высококачественную продукцию мирового уровня при умеренных накладных расходах с использованием неспециализированных производственных площадей.
Причем на наш взгляд, основным производителем теплоэффективных строительных материалов в нашей стране должны стать малые предприятия строительной отрасли, выпускающие качественную конкурентоспособную продукцию, спрос на которую постоянно растет.
Именно малые предприятия с ограниченным выпуском продукции и небольшим штатом способны решать и уже сейчас решают проблему современного энерго-ресурсосберегающего строительства в регионах с использованием теплоэффективных строительных материалов местного производства.
Соответственно оборудование, используемое в производстве полистиролбетонных стеновых блоков должно отвечать нескольким условиям:
При высоком качестве выпускаемой продукции и производительности не менее 5- 12 м3 стеновых блоков (камней) в смену, комплект оборудования должен быть доступен для малых предприятий с ограниченным бюджетом.
Технология производства стеновых блоков должна быть доступна и легко воспроизводима вне зависимости от удаления производства от центра. Соответственно, необходимо опираться на местную сырьевую базу, исключить применение дефицитных добавок, а использовать материалы достаточно распространенные, учесть, что качество цемента в отдельных регионах не одинаково, а уровень автоматизации малого производства должен быть достаточным для обеспечения постоянно высокого качества выпускаемой продукции, но не избыточным.
Вышеперечисленным требованиям вполне отвечает технологическое оборудование производства завода «ТЕХПРИБОР» г. Тула.
Так, вибропресс типа «Борец», предназначенный для выпуска полистиролбетонных стеновых блоков и камней, спроектирован с учетом основных требований, предъявляемых к оборудованию для производства строительных материалов в условиях небольших предприятий.
Выше мы писали об основных преимуществах технологии формования изделий из полистиролбетона методом объемного вибропрессования по сравнению с литьевой технологией. Однако специфика производства полистиролбетона предъявляет особые требования к вибропрессовому оборудованию.
Большое количество гранул вспененного полистирола, равномерно распределенного в цементно-песчаной матрице, диктует собственные методы виброформования материала совершенно не похожие на традиционно используемую технологию получения вибропрессованных бетонных камней. Также существенно различаются и правила подбора состава формовочной смеси.
Дело в том, что доля цемента и песка в полистиролбетоне не значительна, а содержание сферических гранул вспененного полистирола в смеси напротив велико. И, если виброуплотнение цементно-песчаной составляющей при нагружающем воздействии плиты пуансона вибропресса приводит к равномерному уплотнению бетонной смеси, то чрезмерное уплотнение полистиролбетонной смеси под воздействием формующей плиты пуансона вызывает упругую деформацию гранул вспененного полистирола. Деформированные в процессе уплотнения гранулы полистирола после распалубки изделия восстанавливают первоначальную форму, что приводит к разрушению отформованного полистиролбетонного стенового блока на технологическом поддоне.
Принцип виброуплотнения цементно-песчаной смеси заключается в заполнении межзерновых пустот, уплотнении материала, повышении прочности изделий.
Однако, уменьшение (вплоть до практически полного заполнения) межзерновых пустот вызывает увеличение средней плотности материала и соответственно ухудшение его теплоизоляционных свойств.
Традиционно в практике производства песко-цементных стеновых камней используется метод формования пустот в теле камня. Пустоты выполняются различной конфигурации и объема, но их цель неизменна - уменьшение объемного веса и повышение теплоизоляционных свойств материала.
Вместе с тем, производство стеновых камней большой пустотности требует более точного соблюдения технологического регламента производства, предъявляет повышенные требования к точности подбора состава бетона в плане определения В/Ц отношения и подбора гранулометрического состава заполнителя (например, песка различного модуля крупности).
Несущая способность пустотных стеновых камней ниже, чем у полнотелых при аналогичной марочной прочности изделий. Процент брака при производстве пустотных стеновых камней обычно выше, чем при формовании полнотелых изделий, что в первую очередь связанно с уменьшенной толщиной стенки пустотного стенового камня.
И, наконец, сроки безремонтной эксплуатации формующей оснастки (пуансон, матрица) вибропресса для выпуска полнотелых стеновых камней гораздо выше, чем срок службы оснастки под выпуск пустотных изделий.
При формовании стеновых камней (блоков) из полистиролбетона либо из бетона на других легких заполнителях (например, опилкобетона), учитывая, что снижение объемного веса для материала на основе легкого заполнителя достигается именно за счет использования большого объема самого легкого заполнителя, а коэффициент теплопроводности таких материалов достаточно низок, возможность выпуска пустотных стеновых камней на основе полистиролбетона представляется малоперспективной. Особенно, если учесть, что вибропрессованный полистиролбетон, имеющий объемный вес около 400-600 кг/м3, материал гораздо менее прочный, нежели песко-цементные стеновые камни и, если формование пустот песко-цементного стенового камня - совершенная необходимость, то в производстве полистиролбетонных камней малой плотности наличие пустот не так актуально.
Повышенный процент брака при формовании пустотных полистиролбетонных стеновых камней (учитывая малую прочность свежеотформованного полистиролбетона низких плотностей) также говорит о том, что производство полнотелых стеновых камней и блоков из полистиролбетона более удобное предприятие в плане подбора рабочих составов, формовки, технологических перемещений, погрузки и доставки материала потребителю.
Пустотообразователи, расположенные в формующей матрице, лишь препятствуют равномерному распределению полистиролбетонной смеси. В результате возможно появление незаполненных участков, что, безусловно, является браком формовки.
Производство полнотелых стеновых блоков и камней из полистиролбетона позволяет не только изготавливать материал объемным весом 400-600 кг/м3 и коэффициентом теплопроводности в сухом состоянии 0.10- 0.145 Вт/(М *оС), что полностью соответствует требованиям ГОСТ Р 51263-99, но и открывает возможность выпуска этого материала на неспециализированных площадях при упрощенном регламенте производства.
Таким образом, отказ от формования полистиролбетонных пустотных стеновых камней и блоков в пользу полнотелых изделий позволяет не только изготавливать материал полностью соответствующий требованиям действующего ГОСТа, но и свести к минимуму процент брака при формовке, перемещении и перевозке готовых изделий.
Также имеется и еще одно важное условие качественного формования стеновых блоков и камней из полистиролбетона.
Дело в том, что как говорилось выше, формование жесткой полистиролбетонной смеси должно производиться при минимальном воздействии верхнего пригруза (пуансона), а само виброуплотнение смеси не должно быть чрезмерным. Иными словами, плита пуансона при формовании полистиролбетонной смеси выполняет функцию не механизма уплотнения смеси, а поверхностно образующей пластины.
Основное уплотнение полистиролбетонной смеси производится за счет подачи виброимпульсов на стенки матрицы и уплотнении материала под собственным весом, при минимальном давлении пластины пуансона.
Таким образом, достаточно легкое виброуплотнение материала формирует структуру стенового блока способную сохранить форму изделия при распалубке и перемещении, но не приводящего к чрезмерному уплотнению цементно-песчаной составляющей смеси с практически полным заполнением пустот между гранулами вспененного полистирола.
Оставшиеся незаполненными микропустоты увеличивают теплосопротивление материала, уменьшают объемную массу и способствуют экономии материала.
Причем экономия материала при умеренном виброуплотнении в отдельных случаях составляет 20-25% (объем незаполненных песком и цементом пустот между полистирольными гранулами). Таким образом, объем незаполненных пустот при производстве полистиролбетонных стеновых блоков практически соответствует объему пустот, формируемых при изготовлении пустотных песко-цементных стеновых камней.
Соответственно, технология объемного вибропрессования полистиролбетонной смеси - это некий компромисс между необходимостью увеличения прочности материала (увеличение прочности необходимо для обеспечения моментальной распалубки изделий) и сохранением минимальных значений плотности и теплопроводности.
Для обеспечения этих условий требуется строго дозированная подача виброимпульсов к формируемому изделию, а также оригинальная схема неразрушающей распалубки отформованного стенового камня или блока.
Первую часть этих необходимых условий достаточно легко воспроизвести на неспециализированном вибропрессовом оборудовании после незначительных его доработок. Достаточно снизить интенсивность виброимпульсов и максимально облегчить вес плиты пуансона, исключив тем самым переуплотнение формуемой смеси и соответственно тем самым, снизив вероятность саморазрушения изделия после распалубки в результате упругой деформации гранул вспененного полистирола.
Со вторым условием все гораздо сложнее.
Схема распалубки изделий, традиционно используемая в вибропрессовом оборудовании для производства строительных материалов методом объемного вибропрессования - это движение формующей матрицы вверх относительно отформованного изделия. Отформованное изделие (стеновой камень, тротуарная плитка и т.д.) находится на технологическом поддоне, сверху его держит плита пуансона, а матрица, перемещаясь вверх, сходит с изделия.
Когда матрица уже практически не имеет контакта с отформованным изделием, плита пуансона также отделяется от изделия и поднимается вверх.
Таким образом, формующая оснастка вибропресса остается в верхнем положении, а отформованное изделие на технологическом поддоне готово к перемещению на участок сушки. Подобная схема движения формующей оснастки отлично себя зарекомендовала в производстве изделий на основе тяжелых песчаных бетонов, большинство выпускаемых вибропрессов построено именно по этой схеме.
Однако при формовании изделий на легких и особо легких заполнителях данная схема явно не является оптимальной и ее слепое копирование из технологии формования тяжелого бетона в технологию получения легкого бетона особо низких плотностей, несомненно, являлось бы ошибкой.
При попытке формования изделий из полистиролбетона плотностью 400-600 кг/м3 с применением стандартного (изначально предназначенного для формования изделий из тяжелого бетона) вибропрессового оборудования, даже после рекомендованных доработок (снижения интенсивности вибрации, уменьшения массы пуансона), наблюдается разрушение отформованных изделий на технологическом поддоне после немедленной распалубки.
Разрушение полистиролбетонных блоков и камней на технологическом поддоне в основном наблюдается при сходе матрицы с изделия либо при подъеме плиты пуансона, что объясняется малой прочностью свежеотформованных изделий.
Выходом из сложившейся ситуации, когда стандартное вибропрессовое оборудование либо вообще не в состоянии отформовать изделие из полистиролбетонной смеси отвечающее требованиям действующего ГОСТа, либо когда процент брака изделий при распалубке и технологической транспортировке непропорционально велик, могло бы стать создание специализированного вибропрессового оборудования, предназначенного для формования именно легких бетонов вообще и полистиролбетона объемным весом 400-600 кг/м3 в частности.
Соответственно, формование полистиролбетона требует применения специализированного вибропрессового оборудования.
Основное отличие такого вибропресса, способного обеспечить неразрушающую распалубку изделий из полистиролбетонной смеси малой плотности - оригинальная схема моментальной распалубки отформованных изделий.
На вибропрессе типа «Борец» формование полистиролбетонной смеси происходит вне подвижной матрицы. Для подачи отформованного изделия на технологическом поддоне служит толкатель, который обеспечивает максимально бережное перемещение отформованных изделий на линию подачи. При этом разрушение стеновых блоков и камней при распалубке полностью исключается.
Вибропресс типа «Борец» комплектуется двумя электромеханическими вибраторами и рычажным подвесом плиты пуансона, что обеспечивает гарантированное получение вибропрессованных полистиролбетонных блоков и камней основных типоразмеров, объемной массой от 350 кг/м3 полностью соответствующих требованиям ГОСТ Р 51263- 99.
Авторы серии статей «Строительная лоция» сотрудники завода «ТЕХПРИБОР» Векслер М.В.
Липилин А.Б.
