Развивающееся современное строительство, как индивидуальное, так и коммерческое, нуждается в таких строительных материалах, использование которых позволит в кратчайшие сроки возводить экономичные, теплые, экологически чистые и пожаробезопасные здания.
Особое значение в современном строительстве, ввиду постоянного роста цен на энергоносители, уделяется вопросам теплоэнергоресурсосбережения.
Использование при возведении ограждающих конструкций материалов, сочетающих в себе как конструкционные, так и теплоизоляционные свойства — один из перспективных и экономически выгодных способов решения данной задачи. В число таких материалов четко вписывается достаточно новый, но уже отлично себя зарекомендовавший в строительном мире теплоэффективный материал — полистиролбетон.
Полистиролбетон (ГОСТ Р 51263-99) можно классифицировать к виду легких бетонов на цементном вяжущем с основным заполнителем — полистирол вспененный гранулированный (ПВГ). Полистирол вспененный гранулированный (ПВГ) представляет собой продукт одно- или многоступенчатого (чаще всего двухступенчатого) вспенивания суспензионного вспенивающегося фракционированного полистирола (бисера) (ОСТ 301-05-202-92Е).
Использование вспененного гранулированного полистирола в качестве заполнителя для легких бетонов обусловлено рядом уникальных свойств этого материала, основное из которых — чрезвычайно малая плотность (менее 20 кг/м3). Это несомненное преимущество вспененного полистирола перед другими заполнителями для легких бетонов позволяет получить полистиролбетон исключительно малых плотностей с отличными теплоизоляционными свойствами (так, полистиролбетон средней плотностью 350 кг/м3 имеет коэффициент теплопроводности 0,095 Вт/(м·°С).
Малая плотность вспененных гранул полистирола обусловлена наличием в структуре равномерно распределенных микроскопических плотных клеток, заполненных воздухом. Итак, каждая гранула вспененного полистирола состоит из 98 % воздуха и только 2 % этого объема занимает полистирол. Эта замечательная особенность структуры вспененного полистирола и придает ему уникальные теплоизолирующие, звукопоглощающие свойства.
Возможность сочетания свойств вспененного полистирола и бетона в одном материале позволила получить уникальную комбинацию конструкционных + тепло- и звукоизоляционных свойств. Что позволило применять полистиролбетон не только как теплоизоляционный материал в ненесущих конструкциях, но и как материал, воспринимающий нагрузку для возведения самонесущих ограждающих конструкций.
Монтаж ограждающих конструкций из полистирольных блоков позволяет полностью отказаться от использования таких недолговечных и нетехнологичных материалов как пенопласт, утеплители на основе минеральной ваты.
Помимо своих теплоизоляционных характеристик полистиролбетон обладает стойкостью к биологическому разрушению и химическому воздействию, не является средой для жизнедеятельности микроорганизмов, насекомых и грызунов и вполне может стать альтернативой деревянным материалам по таким параметрам как паропроницаемость и тепловая инерция. По комфортности проживания в зданиях с возведением ограждающих конструкций из полистиролбетона трудно найти конкурентов.
Технология изготовления полистиролбетона марок по средней плотности от D250 до D600, обладающего отличными теплоизоляционными свойствами, предполагает использование специализированного смесительного оборудования в силу некоторых технологических особенностей данного материала.
Так как основной объем полистиролбетона составляют гранулы вспененного полистирола, а доля цемента и песка не велика, то в диапазоне получения низких плотностей полистиролбетона возможен недостаток цементно-песчаного раствора для полного заполнения межполистирольного пространства. Тем самым, получение однородной удобоукладываемой полистиролбетонной смеси, без внесения соответствующих корректировок составов, невозможно.
Возможность получения удобоукладываемого, хорошо уплотняемого полистиролбетона, без потери своих технических возможностей, достигается введением в состав полистиролбетонных смесей различных добавок.
Наибольшее преимущество в решении данной задачи получили добавки, обладающие воздухововлекающим эффектом. Поризация цементно-песчаной смеси путем воздухововлечения и образования мелких воздушных пузырьков сферической формы, способствует заполнению свободного объема между гранулами полистирола и уменьшению плотности цементно-песчаного раствора. Эффект воздухововлечения придает смеси пластичность без увеличения количества воды, которое, несомненно, привело бы к понижению прочностных характеристик полистиролбетона.
Введение воздухововлекающих компонентов в состав полистиролбетонной смеси обусловлено и особенностью его структуры. Так как плотность основного заполнителя полистиролбетона — вспененных гранул полистирола в несколько раз (~20-30) меньше плотности цементно-песчаного раствора, то для уменьшения этого различия и снижения плотности полистиролбетона, предотвращения отслоения гранул полистирола даже в случае интенсивного виброуплотнения, необходима поризация растворной части путем введения воздухововлекающих добавок. Вовлеченный воздух увеличивает объем цементного раствора, уменьшает его плотность, придает смеси пластичность, вязкость. Удобоукладываемость полистиролбетонной смеси значительно увеличивается.
Причем, в производстве полистиролбетона предпочтение отдается добавкам, которые образуют из вовлеченного воздуха пузырьки значительно меньшего диаметра. Вследствие этого пена характеризуется стабильной, более прочной и долговечной структурой.
Таким образом, структура полистиролбетона образована гранулами вспененного полистирола, которые формируют крупные поры, образованные сферическими гранулами ПСВ, и воздушными пузырьками — мелкие поры.
Такое сочетание пор различного диаметра идентично двухмодальной схеме распределения воздушных сферических пор в пенобетоне. Причем, такое смешанное сочетание пор наиболее оптимально для получения бетонов низких плотностей.
Немаловажным фактом в получении замечательных характеристик полистиролбетона является правильный выбор вяжущих и инертных составляющих.
Согласно ГОСТ Р 51263-99 «Полистиролбетон. Технические условия» в качестве вяжущего для изготовления полистиролбетона следует применять портландцемент или шлакопортландцемент, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 10178.
Но, ввиду нестабильности качества производимого цемента при достаточно высокой его стоимости, для обеспечения требуемых прочностных характеристик приходится повышать расход цемента, что нецелесообразно в производстве теплоэффективных строительных материалов (полистиролбетона, пенобетона), где и так наблюдается достаточно высокий расход цемента.
МП «ТЕХПРИБОР» предлагает проверенные решения экономии цемента без отрицательных последствий для качества выпускаемого материала.
Как известно, цемент представляет собой тонкомолотый порошок серого цвета с удельной поверхностью 2000-3000 см2/г, гранулометрический состав которого неоднороден. Основной процент представлен цементными зернами размером от 30 до 60 мкм, которые вступают в процесс гидратации значительно позже, а на первоначальный набор прочности в большей степени влияет содержание цементных зерен размером до 30 мкм. Соответственно, для увеличения эффективности цемента, необходимо увеличение содержания именно этих частиц цементных зерен.
В решении этой задачи поможет домол цемента на предлагаемом МП «ТЕХПРИБОР» измельчителе-дезинтеграторе серии «ГОРИЗОНТ»®.
Методика повышения вяжущих свойств цемента, прежде всего, связана с увеличением его удельной поверхности и оптимизации гранулометрического состава.
С увеличением удельной поверхности цемента увеличивается его активность, а, следовательно, увеличиваются прочностные характеристики бетонных изделий, конструкций, особенно в первые сутки твердения.
Таким образом, повышение активности цемента позволит не только снизить расход цемента без отрицательных последствий для качества готовых изделий, но и сократить сроки выдержки изделий в формах, что наиболее актуально в литьевой технологии производства полистиролбетонных стеновых блоков.
Как известно, использование для изготовления строительных изделий долго хранящегося цемента нецелесообразно, ввиду получения, даже при повышенных его расходах, низких технических характеристик изделий. Домол залежавшегося цемента позволит вновь возродить его марочные характеристики путем удаления (разрушения) агрегированных частичек цемента и высвобождения их потенциальной активности.
Еще одним немаловажным условием получения качественного полистиролбетона низких плотностей являются особые требования к модулю крупности применяемого заполнителя.
Производство полистиролбетона низких плотностей основано на максимально возможном сокращении пространства между гранулами ПСВ. Использование инертного заполнителя (песка, шлака) повышенного модуля крупности не позволит сократить межполистирольное пространство (пространство между гранулами ПСВ) и получить максимально плотную укладку гранул ПСВ, а, следовательно, получить теплоэффективный материал. Поэтому в производстве полистиролбетона, как и пенобетона, низких плотностей целесообразно использование песка с модулем крупности Мк<1,0.
В случае отсутствия чистых тонких песков (Мк<1,0) вблизи производства, одним из решений в данной ситуации может быть механоактивация более крупного песка путем его помола на измельчителе-дезинтеграторе.
В процессе помола происходит не только изменение модуля крупности песка, увеличение его удельной поверхности, но и разрушение комкообразных образований песка, растирание глинистых и других природных примесей, активизирование отдельных зерен вследствие их частичного измельчения и истончения поверхностного слоя.
Совместная активация вяжущих и инертных составляющих полистиролбетона позволяет получить не только улучшенные характеристики материалов, но и активизировать процессы гидратации клинкерных минералов непосредственно в процессе помола, путем высвобождения содержащейся в песке природной влажности воды и увлажнения цементных частиц. Интенсивный помол песка природной влажности и цемента с начальной минимальной активизацией процессов гидратации клинкерных минералов способствует лучшему распределению воды затворения на поверхности системы «цемент-песок» и максимально полной гидратации цементных зерен именно в начальный период твердения, что наиболее важно для сокращения времени набора распалубочной прочности изделий и динамики оборота формовочной оснастки на производстве.
Использование процессов механоактивации материалов (цемента, песка) в производстве полистиролбетона позволит получить не только качественную структуру, но и великолепные физико-механические свойства материала при значительной экономии составляющих.
Процесс приготовления полистиролбетонной смеси основан на равномерном распределении гранул полистирола в поризованной цементно-песчаной матрице.
Смешивание компонентов и приготовление полистиролбетонной смеси для изготовления конструкционно-теплоизоляционного полистиролбетона плотностью D 450-600 возможно при использовании бетоносмесителей принудительного действия.
Отличные результаты в получении полистиролбетона более низких плотностей были получены с использованием турбулентных смесителей с функцией виброактивации компонентов.
Приготовление полистиролбетонной смеси в виброактиваторе обеспечивает равномерное распределение гранул вспененного полистирола в цементно-песчаной матрице. Высокочастотная вибрация при турбулентном перемешивании смеси способствует не только равномерному распределению компонентов смеси, но и устранению процессов флокулообразования, обеспечивает высокую связанность системы, позволяет использовать цемент невысокого качества (в том числе лежалого) без существенных потерь прочностных показателей полистиролбетона, а при использовании качественных материалов обеспечить их экономию, без ухудшения технических характеристик готовых изделий.
При использовании литьевой технологии получения стеновых блоков из полистиролбетона в кассетных формах, за счет значительного сокращения времени набора прочности виброактивированного вяжущего (особенно в первые сутки твердения), обусловленного более интенсивной гидратацией клинкерных минералов, обеспечивается быстрая распалубка формующей оснастки.
Сокращение времени выдержки изделий в кассетных формах способствует более динамичному обороту формующей оснастки, а, следовательно, и увеличению производительности.
Таким образом, высокая технологичность, выигрыш в теплосбережении и шумоизоляции при отсутствии дополнительных финансовых затрат позволяют полистиролбетону стать лидером крупного домостроения.
Автор статьи серии «Строительная лоция»
инженер — технолог МП «ТЕХПРИБОР»
Коренюгина Н.В.
