Производство силикатных стеновых ячеистых материалов автоклавного твердения: оборудование и технология

Силикатные стеновые ячеистые материалы автоклавного твердения

Промышленное производство силикатного стенового ячеистого материала автоклавного твердения – автоклавного газобетона для жилищного строительства под названием Durox началось в 1924 г. в Швейцарии на фирме Skovde Gazobeton AB, который по лицензии был распространен в Дании, Франции, Нидерландах, Норвегии, Румынии и США. 

На территории бывшего СССР первый газобетонный завод был построен в 1937 г. в Риге по лицензии компании Siporex (на цементе и песке). Жилые дома, построенные из мелких блоков, изготовленные данным заводом, успешно эксплуатируются уже 70 лет, не имея никаких дефектов даже при отсутствии наружной отделки. 

Доля применения газобетона в строительстве в последнее десятилетие неуклонно растет, поскольку он является объективно самым дешевым стеновым материалом. После введения повышенного показателя сопротивления теплопередачи ограждающих конструкций ячеистый бетон с учетом его объемов производства и качества изделий остается материалом, который обеспечивает выполнение нормативных требований строительной теплотехники без применения других теплоизоляционных материалов.

С другой стороны, опережающие темпы роста производства ячеистого бетона обусловлены широкой распространенностью сырья, надежностью технологии, высокой степенью механизации и сравнительно низкой себестоимостью продукции.

Технические требования ГОСТ 31360-2007 «Изделия стеновые неармированные из ячеистого бетона автоклавного твердения» распространяются на изделия из ячеистого конструкционно-теплоизоляционного бетона автоклавного твердения, предназначенные в качестве несущих и самонесущих элементов в наружных стенах зданий и сооружений. Изделия изготавливаются в виде блоков и плит. 

Блоки могут быть с пазогребневыми (замковые) элементами и карманами для захвата, а так же U-образной формы. Блоки могут иметь сквозные и несквозные пустоты.

Инвестиционные проекты

По данным Цифровой платформы Инвестиционные проекты России, в России по состоянию на сентябрь 2022, на разных стадиях реализуется не менее 4 инвестиционных проектов в сфере производства силикатных стеновых ячеистых материалов автоклавного твердения. В таблице представлена сводная информация о крупнейших реализуемых проектах.

Инвестиционные проекты в сфере производства  силикатных стеновых ячеистых материалов автоклавного твердения в России

Источник: Цифровая платформа «Инвестиционные проекты России» по состоянию на сентябрь 2022

На сегодняшний день, было введено в эксплуатацию не менее 12 инвестиционных проектов в сфере производства силикатных стеновых ячеистых материалов автоклавного твердения. В таблице представлена сводная информация о крупнейших реализуемых проектах.

Инвестиционные проекты, введенные в эксплуатацию, в сфере производства силикатных стеновых ячеистых материалов автоклавного твердения в России

Источник: Цифровая платформа «Инвестиционные проекты России» по состоянию на сентябрь 2022

Технология производства

Основные сырьевые компоненты

В качестве вяжущих материалов для приготовления ячеистых бетонов применяют: 

• портландцемент по ГОСТ 31108-2016 «Цементы общестроительные. Технические условия» и ГОСТ 10178-85 «Межгосударственный стандарт портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия» без добавок трепела, глиежа, трассов, глинита, опоки, пеплов, содержащий трехкальциевый алюминат (С3А) не более 8% по массе. Сроки схватывания: начало – не ранее 2 ч, конец – не позднее 4 ч;
• высокоосновную золу, содержащую СаО не менее 40%, в том числе свободный СаО – не менее 16%, SО3 – не более 6% и R2О – не более 3,5%;
• известь негашеную кальциевую по ГОСТ 9179, быстро- и среднегасящуюся, имеющую скорость гашения 5–25 мин. и содержащую активные СаО + МgО не менее 70%, «пережога» – не более 2%.

В качестве кремнеземистого компонента применяют:

• природные материалы – кварцевый песок, содержащий SiO2 не менее 85%, илистых и глинистых примесей не более 3%. Рекомендуемый предельный размер зерен песка не более 3 мм с содержанием зерен 0–1 мм 60–80% монтмориллонитовых глинистых примесей – не более 1,5%;
• вторичные продукты промышленности и энергетики;
• золу-уноса теплоэлектростанций, кислая зола-унос ТЭЦ с электро-фильтров для сжигания углей должна иметь стекловидных и оплавленных частиц не менее 50%: потери при прокаливании должны быть не более 3% для золы бурых углей и не более 5% для золы каменных углей. Удельная поверхность зол бурого угля должна быть не менее 4000 см2/г и не более 5000 см2/г – для каменноугольных. Зола должна выдерживать испытания на равномерность изменения объема;
• продукты обогащения различных руд, содержащие SiO2 не менее 60%, железистых минералов не более 20%, сернистых соединений в пересчете на SO3 не более 2%, пылевидных и глинистых частиц не более 3%, слюды не более 0,5%;
• продукты собственного производства («горбушки», обрезки).

Для получения поровой структуры ячеистого бетона применяют газо- и пенообразователи, обеспечивающие заданную среднюю плотность и требуемые физико-механические показатели ячеистого бетона.

В качестве газообразователя рекомендуется применять алюминиевую пудру по ГОСТ 5494-95 «Пудра алюминиевая. Технические условия» или пасту на основе алюминиевой пудры».  В качестве пенообразователей применяют синтетические и белковые пенообразователи.

Для регулирования и улучшения свойств ячеистых бетонов применяют:

• добавки по ГОСТ 24211-2008 «Межгосударственный стандарт. Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия».
• доменные гранулированные шлаки по ГОСТ 3476-2019 «Шлаки доменные и электротермофосфорные гранулированные для производства цементов»;
• гипсовый камень по ГОСТ 4013-2019 «Камень гипсовый и гипсоангидритовый для производства вяжущих материалов. Технические условия».

Виды добавок и требования к ним, обеспечивающие качество ячеистых бетонов, должны быть приведены в технологической документации на приготовление ячеистых бетонов конкретных видов.

Вода для приготовления ячеистого бетона должна соответствовать требованиям ГОСТ 23732-2011 «Вода для бетонов и строительных растворов. Технические условия». Для приготовления ячеистого бетона можно применять воду, пригодную для приготовления обычного бетона. Минимальное содержание в мг/л: растворимых солей – 10000; ионов SO4 – 2700; ионов Cl – 3500; взвешенных веществ – 300.

Все компоненты выбираются в соответствии с требованиями ГОСТ 31359-2007 «Бетоны ячеистые автоклавного твердения. Технические условия».

Основные технологии

Производство ячеистых изделий автоклавного твердения осуществляют по следующим технологиям:

• литьевой;
• вибрационной;
• ударной.

Литьевая технология

Литьевая технология предусматривает отливку изделий, как правило, в отдельных формах из текучих смесей, содержащих до 50–60% воды от массы сухих компонентов (В/Т=0,5–0,6). При изготовлении газобетона применяемые материалы – вяжущее, песчаный шлам и вода дозируют и подают в газобетоносмеситель, в котором их перемешивают 4–5 минут; затем в приготовленную смесь вливают водную суспензию алюминиевой пудры и после последующего перемешивания тесто с алюминиевой пудрой газобетонную смесь заливают в металлические формы на определенную высоту с таким расчетом, чтобы после вспучивания формы были заполнены доверху.

Избыток смеси («горбушку») после схватывания срезают проволочными струнами. Для ускорения газообразования, а также процессов схватывания и твердения применяют «горячие» смеси на подогретой воде с температурой в момент заливки в формы около 40 С.

Недостатки литьевой технологии, связанные с использованием газобетонных смесей с высоким водотвердым отношением (В/Т=0,62–0,64), что неизбежно приводит к увеличению времени выдержки из-за медленного нарастания пластической прочности, повышению энергозатрат на автоклавирование и увеличению отпускной влажности изделий, можно несколько исправить. Так, для ускорения процессов роста пластической прочности используются специальные камеры обогрева массивов. Введение гипсового камня также позволяет уменьшить время предварительной выдержки. Снижению энергозатрат при автоклавировании способствуют продувка и вакуумирование автоклавов.

Вибрационная технология

Вибрационная технология газобетона заключается в том, что во время перемешивания в смесителе и вспучивания в форме смесь подвергается вибрации. Тиксотропное разжижение, происходящее вследствие ослабления связей между частицами, позволяет уменьшить количество воды затворения на 25–30% без ухудшения удобоформуемости смеси. В смеси, подвергающейся вибрированию, ускоряется газовыделение – вспучивание заканчивается в течение 5–7 мин. вместо 15–20 мин. при литьевой технологии. После прекращения вибрирования газобетонная смесь быстро (0,5–1,5 ч) приобретает структурную прочность, позволяющую разрезать изделие на блоки, время автоклавной обработки также сокращается.

Ударная технология

Ударная технология при производстве газобетона заключается в том, что залитая форма приподнимается и падает с определенной высоты (примерно 1–5 см) в течение периода активного газовыделения и роста массива. Смесь в течение одного ударного цикла находится в трех состояниях:

• покоя;
• свободного падения в форме;
• жесткого удара (после чего форму со смесью вновь поднимают на заданную высоту).

Динамические воздействия в начале процесса гидратации разрушают коагуляционную структуру, в результате чего происходит тиксотропное разжижение смеси, при этом достигается оптимальная вязкость для нормального протекания процесса газовыделения и вспучивания смеси, а позднее – обеспечивают уплотнение межпорового вещества. При ударной технологии происходит перераспределение объема пор радиусом менее 0,01–0,1 мкм, что приводит к снижению их доли и возрастанию объема пор радиусом 0,1–50 мкм.

Преимущества данного способа производства:

• применение смесей с В/Т=0,34–0,48 (при литьевом способе В/Т=0,62–0,70);
• получение более высокой прочности (при одинаковой плотности), что дает возможность снижать расход вяжущих материалов;
• получение низкой отпускной влажности.

В результате большого количества экспериментальных исследований, а также опыта промышленного производства, установлено, что ударная технология по сравнению с литьевой позволяет: