Итак, технологический блок первый. Для производства 1м3 полистиролбетона потребуется 1м3 вспененных гранул ПСВ. Для снижения марки по насыпной плотности вспененных гранул и, соответственно, для снижения себестоимости полистиролбетона применяется метод повторного вспенивания.
Суть повторного вспенивания в том, что первоначально вспененные гранулы ПСВ имеют вес около 15- 30 кг (в зависимости от типа агрегата вспенивания гранул и качества самого бисера ПСВ). Для стабилизации внутреннего давления и сушки гранулы по выходу из вспенивателя помещают в бункер вылежки. Бункер вылежки - это мешок из воздухопроницаемой ткани, где вспененные гранулы вылеживается от 4 до 12 часов в зависимости от температуры в цехе, качества бисера ПСВ и типа агрегата вспенивания. Так как вес вспененных гранул невелик, мешки вылежки обычно изготавливаются больших размеров 10 - 40 м3. Вспененные гранулы ПСВ (первичка, объемным весом около 15 - 30 кг) по выходу из вспенивателя посредством пневмотранспорта отправляются в бункер (бункера) вылежки, где сохнут и стабилизируются.
Силоса промежуточного вызревания имеют квадратные или прямоугольные сечения. Такая конструкция позволяет максимально оптимизировать занятые под силоса площади. Для обеспечения удержания смеси длина стороны не должна превышать 2,5-3 метра.
Необходимо защищать силоса от воздействия крайне низких температур, поскольку это может привести к замерзанию материала, и, следовательно, к потере им своих качеств. Помимо этого не забывайте, что едва вспененные гранулы легко «опадают» при контакте с холодным воздухом. Температура ни в коем случае не должна опускаться ниже 10° С.
Выравнивание внутреннего давления гранул, как и их сушка, является очень важной технологической операцией. Использование вспененных гранул без их стабилизации и просушки приводит к увеличению насыпного веса гранул.
Деформация материала объясняется тем, что структура не полностью охлажденного пеноматериала, особенно в случае легких пеноматериалов, не в состоянии выдержать перепад давления между внешней воздушной средой, и внутренней средой газа, заключенного в этой ячейке. Поглощенный ячейками воздух в процессе промежуточного вызревания будет иметь эффект добавочного вспенивающего агента во время последующей процедуры спекания, поскольку в силу эффекта терморасширения он увеличит давление вспенивания остаточного вспенивающего агента, все еще присутствующего в ячейках. Проникновение в ячейки воздуха в достаточном количестве придает, как правило, едва изготовленным пеноматериалам достаточно высокий показатель сопротивления сжатию. Скорость поглощения воздуха в первую очередь зависит от размеров и объемной массы предварительно вспененных ячеек. При одном и том же режиме передела поглощение воздуха будет протекать быстрее в случае малых ячеек, нежели больших, поскольку удельная площадь поверхности больше, а маршрут проникновения воздуха короче. В случае ячеек одинакового размера поглощение воздуха будет протекать тем быстрее, чем ниже объемная масса предварительно вспененных ячеек.
Учитывая стоимость исходного сырья (стоимость бисера ПСВ, применяемого в производстве полистиролбетона 49-54 рубля за килограмм) желательно использовать повторно вспененные гранулы ПСВ максимально низкой насыпной плотности (обычно 10-12 кг/м3). В этом случае стоимость вспененных гранул ПСВ, необходимых для производства 1м3 полистиролбетона, составит соответственно 540 рублей (10 кг х 54 рубля).
Для получения требуемых показателей по насыпной плотности вспененных гранул ПСВ и снижения себестоимости полистиролбетона выполняется повторное вспенивание. Гранулы ПСВ (первичка) после вылежки подаются в приемный бункер вспенивателя. После повторного вспенивания гранулы ПСВ (вторичка) также посредством пневмотранспорта снова подаются в бункера вылежки. По истечению 4-12 часов стабилизированные гранулы насыпной плотностью 10 кг/м3 загружаются в смеситель.
Само вспенивание бисера ПСВ происходит в агрегатах вспенивания под действием водяного пара. Вспенивающий агент (изопентан), содержащийся в бисере ПСВ, при воздействии водяного пара вызывает резкий рост объема гранул ПСВ, которые, увеличиваясь, приобретают шарообразную форму.
Процесс вспенивания бисера ПСВ выглядит следующим образом. Сырье, посредством винтового питателя, подается из расходного бункера в камеру тепловой обработки, где под действием водяного пара увеличивается в объеме. Так как новые порции бисера подаются непрерывно, вспененные гранулы ПСВ поднимаются вверх и через разгрузочное окно покидают камеру тепловой обработки.
Таким образом, пока в расходном бункере есть сырье, и оно исправно подается в камеру тепловой обработки, выход вспененных гранул ПСВ из разгрузочного окна не прекращается.
Выполняя работы по вспениванию гранул ПСВ (и при первичном, и при вторичном вспенивании) необходимо контролировать насыпную плотность вспененных гранул на выходе из агрегата. Контроль насыпной плотности вспененных гранул осуществляется путем взвешивания определенного объема гранул ПСВ.
Вспенивание начинается с размягчения под воздействием водяного пара гранул сырьевого материала. Затем гранулы начинают вспениваться и увеличиваются в своих размерах под воздействием растворенного в них химагента вспенивания - пентана. Непосредственно после выгрузки из агрегата, предварительно вспененный материал подлежит высушиванию в бункерах вылежки. При этом полистирол становится более подвижным, поглощение воздуха происходит быстрее. Плотность материала определяется отбором в лабораторную посуду пробы в небольшом точно известном количестве, и последующем взвешивании ее на весах.
Для изменения насыпного веса получаемых гранул ПСВ необходимо отрегулировать подачу сырья в камеру тепловой обработки. Учитывая, что величина вспенивания (изменения насыпной плотности) в основном зависит от двух факторов: качества исходного сырья и времени нахождения гранул в камере тепловой обработки. По поводу качества сырья можно сказать следующее: поскольку способность к вспениванию напрямую зависит от содержания изопентана в гранулах, максимальную величину вспенивания, можно получить при использовании качественного сырья с не истекшими сроками хранения.
С регулировкой подачи гранул ситуация следующая: если величина вспенивания зависит от времени нахождения бисера в камере тепловой обработки, то чем большее количество сырья подается, тем меньше времени гранулы находятся в камере тепловой обработки. Соответственно при максимальной подаче сырья насыпной вес гранул больше, а при снижении интенсивности подачи сырья, насыпной вес гранул снижается. Таким образом, регулировка подачи бисера в камеру тепловой обработки позволяет изменять насыпной вес вспененных гранул ПСВ в широких пределах.
Агрегат вспенивания предназначен для предварительного вспенивания полистирола. Бисер ПСВ непрерывно поступает в камеру тепловой обработки. Для того, чтобы задать плотность предварительно вспененного материала на выходе необходимо соответствующим образом отрегулировать скорость поступления материала. Если скорость поступления материала понижается, предварительно вспененный полистирол будет иметь пониженную плотность. Для получения материала повышенной плотности следует повысить скорость подачи материала.
Еще раз возвращаясь к качеству сырья (бисера ПСВ) хотелось бы отметить, что требования, предъявляемые к качеству бисера в производстве полистиролбетона гораздо более мягкие, нежели в производстве пенопласта. Дело в том, что в производстве пенопласта гранулы ПСВ вторичного вспенивания после загрузки их в блок — формы под воздействием водяного пара вспенивается еще раз. Таким образом, остаточное количество изопентана в гранулах ПСВ определяет качество конечного продукта (пенопласта).
Как правило, едва вспененный материал еще содержит остаток вспенивающего агента в объеме, который не является больше необходимым для последующей формовки. В период промежуточного вызревания избыточный пентан выделяется из предварительно вспененных ячеек. При повышении температуры увеличивается скорость выделения пентана, что позволяет быстрее достичь необходимого качества остаточного агента.
При недостаточном количестве изопентана гранулы ПСВ не вспениваются в блок — форме, становится невозможным само формование пенопластового массива, материал рассыпается при выемке из блок-формы. С подобными проблемами нередко сталкиваются производители пенопласта, для них качество бисера ПСВ, сроки его изготовления, как и условия хранения, являются особенно важными факторами. Однако производители полистиролбетона с такими проблемами практически никогда не сталкиваются. В производстве полистиролбетона в основном используются гранулы вторичного вспенивания и эти гранулы после вылежки уже как готовый компонент (особо легкий заполнитель) полистиролбетона подаются в смеситель.
Отдельно хотелось бы остановиться на типах агрегатов вспенивания, применяемых в производстве полистиролбетона.
Условно агрегаты вспенивания можно разделить на две группы. К первой группе следует отнести агрегаты большой производительности, изначально спроектированные для производства пенопласта.
Для производства пенопласта характерно использование больших объемов водяного пара. И основным потребителем водяного пара является вовсе не вспениватель, а массивная блок-форма, где собственно и происходит заключительная стадия вспенивания гранул и получение пенопласта. Поэтому в производстве пенопласта для получения больших объемов водяного пара используются парогенераторы большой мощности. Причем установленная мощность парогенераторов, используемых в производстве пенопласта, обычно не менее 60 - 90 кВт.
Использование парогенератора, работающего в режимах повышенного энергопотребления, в производстве полистиролбетона, по меньшей мере, нецелесообразно, так как расход пара на таком производстве невелик. Соответственно и применение агрегата вспенивания, изначально предназначенного для производства пенопласта, в производстве полистиролбетона не является оправданным.
Вторая группа агрегатов вспенивания представлена установками, имеющими встроенный парогенератор относительно небольшой мощности (обычно 10- 20 кВт). Применение вспенивателя со встроенным парогенератором на предприятиях, занятых производством полистиролбетона, несомненно, представляется более выгодным.
Так как парогенератор установлен непосредственно под тепловой камерой, отсутствуют потери тепла при передаче пара, соответственно энергопотребление агрегата может быть снижено без ухудшения качества выпускаемой продукции.
Использование агрегатов вспенивания оснащенных встроенным парогенератором в производстве полистиролбетона, позволяет не только вспенивать гранулы в условиях цехов по выпуску строительных материалов, но и открывает возможность размещения агрегата вспенивания непосредственно на строительном объекте при устройстве теплоизоляционных покрытий и заполнении пустот.
При организации работ на строительных объектах, компактный агрегат вспенивания с встроенным парогенератором позволяет изготавливать полистиролбетон требуемых характеристик в непосредственной близости от места использования, при этом полностью исключаются транспортировка объемного, но практически ничего не весящего материала к месту его использования. На строительный объект могут завозиться фасованные гранулы ПСВ, которые после вспенивания увеличиваются в объеме в 20-50 раз и после вылежки могут быть сразу же использованы в производстве полистиролбетона.
В предварительно вспененных ячейках создается разряжение по причине охлаждения, вызванного конденсированием остаточного пентана и водяного пара, присутствующего в этих ячейках. По этой причине едва вспененные ячейки могут содержать разряжение. В любом случае разряжение должно полностью компенсироваться до начала последующей формовки. Пеноматериалы на стадии предварительного вспенивания, не прошедшие полноценную промежуточную выдержку, имеют тенденцию к деформации или к сжиманию.
Описанный процесс вспенивания гранул ПСВ кажется сложным лишь на первый взгляд, при использовании качественного технологического оборудования вспенивание бисера ПСВ не представляет особенных трудностей.
Даже при недостаточном количестве финансовых средств вполне возможно организовать производство полистиролбетона. Закупив агрегат вспенивания, вполне возможно собрать участок вылежки гранул и пневмотранспорт подачи гранул ПСВ своими силами. Так как бункер вылежки гранул - это мешок из воздухопроницаемой ткани большого объема, а его каркас пространственная конструкция для подвеса этого мешка. Таким образом, участок вылежки гранул может быть скомплектован своими силами.
Итак, для производства 10 м3 полистиролбетона потребуется 10 м3 вспененных гранул ПСВ, насыпная плотность которых 10 кг/м3 (гранулы после вторичного вспенивания).
Для подготовки к непосредственному использованию гранулы ПСВ находятся 12 часов в бункере вылежки. Объем бункера 12 м3, количество бункеров вылежки вторичного вспенивания 2 шт. Соответственно количество бункеров хранения первично вспененных гранул также 2 шт, однако их объем 7м3.
Использование бункеров первичной вылежки меньшего объема объясняется большим насыпным весом однократно вспененных гранул ПСВ (около 20-25 кг/м3). Соответственно вес материала в мешке первичной вылежки будет идентичен весу материала в мешке вторичной вылежки, изменяться будет лишь объем материала (в первом мешке около 6 м3, во втором 10 м3). Использование четырех бункеров вылежки позволяет организовать непрерывное производство полистиролбетона, без сокращения сроков стабилизации гранул ПСВ.
Технологический блок второй. После вылежки гранулы ПСВ подаются в смеситель. В производстве полистиролбетона рекомендуется объемное дозирование гранул ПСВ. После загрузки гранул в смеситель также подается цемент, песок, вода и необходимые добавки. После непродолжительного перемешивания готовая полистиролбетонная смесь выгружается из смесителя и подается на участок формовки. При точном соблюдении рецептур и дозировок приготовление полистиролбетонной смеси обычно не представляет каких - либо трудностей.
И, наконец, технологический блок третий. Формовка стеновых блоков по литьевой технологии достаточно трудоемкое мероприятие. Если от вспенивания гранул, точности соблюдения рецептуры, качества смешивания напрямую зависят физико-механические свойства материала, то от формовки зависит, прежде всего, внешний вид изделий, а также возможность применения материала в строительстве (стеновые блоки, имеющие значительные отклонения геометрических размеров, очень неохотно используются строителями). Поэтому производителю строительных материалов следует уделять особое внимание качеству формования стеновых блоков.
Готовая полистиролбетонная смесь, имеющая достаточную подвижность, подается на участок формовки. Для подачи подвижной смеси зачастую используются винтовые растворонасосы либо растворонасосы другого типа, не оказывающие чрезмерного разрушающего воздействия на многокомпонентную смесь. При заливке полистиролбетона непосредственно на строительных объектах хорошо зарекомендовали себя смесители - пневмонагнетатели. Подача полистиролбетонных смесей сжатым воздухом позволяет точно регулировать величину воздействия на транспортируемый материал. Сама схема универсального агрегата, позволяющего не только приготовить полистиролбетонную смесь, но и организовать ее подачу непосредственно к месту использования в полной мере отвечает концепции современного строительства.
Кассетные формы перед заливкой полистиролбетонной смеси тщательно смазываются (желательно использовать специальные растворы эмульсолов) для предотвращения прилипания материала к формующим поверхностям.
Когда кассетные формы заполнены материалом, их укрывают полиэтиленовой пленкой для предотвращения потери материалом влаги. Зачастую также применяется метод дополнительного прогрева материала в формах. Материал в формах набирает необходимую распалубочную прочность за 12-24 часа в зависимости от условий вызревания, состава полистиролбетонной смеси и качества используемых компонентов смеси. По достижении материалом распалубочной прочности формы разбирают, полистиролбетонные блоки укладывают в штабеля для их дальнейшего созревания. Затем формы очищаются от остатков смеси, смазываются и снова собираются.
Основным недостатком литьевой технологии формования стеновых блоков является трудоемкость операций по заливке, распалубке и подготовке кассетных форм. Стоимость металлических кассетных форм, обеспечивающих требуемую точность формовки, весьма велика. Одна формовочная ячейка высокоточной кассетной формы стоит в среднем 1000 - 1600 рублей. Нетрудно посчитать, что при изготовлении 10 м3 (286 шт.) стеновых блоков размерами 598х295х198 мм расходы только на приобретение форм составят от 286000 рублей.
Но основная проблема при использовании форм в производстве стеновых блоков - это даже не их высокая цена, а большая доля ручного труда при обслуживании форм без перспективы серьезной механизации этого процесса.
К тому же кассетные формы в процессе эксплуатации теряют геометрическую стабильность, и, как следствие, возникает необходимость постоянного контроля геометрических параметров изделий и плановый ремонт формующей оснастки. Таким образом, для нормального функционирования производства стеновых блоков заданного объема, количество форм должно быть несколько большим от расчетного количества. Так же необходимо учитывать, что какое-то количество формующей оснастки будет находиться в ремонте. Причем производственная практика показывает, что для обеспечения выпуска стеновых блоков заданного объема и качества, количество формующей оснастки должно превышать номинальную производительность данного производства на 10 — 15 %.
Альтернативой формования стеновых блоков по литьевой схеме является технология формования изделий методом объемного вибропрессования.
В отличие от пенобетона и газобетона — материалов, допускающих только литьевое формование (либо в кассетные формы, либо в бортовые формы для последующей резки на блоки), полистиролбетонная смесь малой подвижности прекрасно поддается формованию методом вибропрессования.
О преимуществе метода объемного прессования перед литьевым способом формования изделий написано много и кажется, что эта тема не нуждается в дополнительном разъяснении. Хотелось бы только подчеркнуть, что основными преимуществами формовки материала методом объемного вибропрессования перед литьевой формовкой являются: высокая производительность при неизменно отличном качестве выпускаемой продукции и получение более прочных изделий из бетонных смесей при снижении расхода цемента.
Однако при всех своих преимуществах метод объемного вибропрессования полистиролбетона на сегодняшний день не в полной мере используется при изготовлении стеновых блоков, что связано, прежде всего, с практически полным отсутствием на рынке предложений специализированного вибропрессового оборудования, пригодного для формования полистиролбетонных стеновых блоков низкой плотности.
При использовании вибропрессов, предназначенных для изготовления изделий из мелкозернистых бетонных смесей, в производстве полистиролбетона возникают серьезные проблемы, связанные с невысокой прочностью полистиролбетонной смеси при немедленной распалубке и переуплотнением полистиролбетонной смеси при формовке. Именно с переуплотнением формуемой смеси связаны основные трудности получения полистиролбетонных стеновых блоков и камней.
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 598х295х198 мм может транспортироваться на участок сушки вручную, так как его вес составляет около 12-20 кг. 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 (± 2 мм, для кладки блоков на клей).
Только использование специализированного вибропрессового оборудования в производстве теплоэффективных строительных материалов позволяет организовать выпуск современного стенового материала методом объемного вибропрессования. Именно технология объемного вибропрессования полистиролбетонных стеновых блоков и камней делает возможным выпуск качественной продукции при снижении первоначальных затрат на приобретение необходимого технологического оборудования.
Более подробно о технологии производства полистиролбетонных стеновых блоков и камней методом объемного вибропресования можно прочесть в статье из серии «Строительная лоция» «Технология неразрушающей распалубки вибропрессованных полистиролбетонных стеновых камней и блоков».
Авторы серии статей «Строительная лоция» сотрудники МП «ТЕХПРИБОР» Векслер М.В.
Липилин А.Б.
