Инновационные технологии в области производства строительных материалов

     Итак, для уменьшения плотности полистиролбетона возможно использовать методом «капсулирования» заполнителя. Крупнопористые бетоны, которые не имеют в своем составе мелкого заполнителя (песка) яркий пример возможности получения строительного материала повышенного теплосопротивления на основе компонентов имеющих относительно высокую теплопроводность. Естественно, при отсутствии мелкого заполнителя пустоты между крупным заполнителем остаются незаполненными. Именно воздушные пустоты позволяют уменьшить теплопроводность крупнопористого бетона.

       Полистиролбетон, получаемый методом  «капсулирования» вспененных полистирольных  гранул характеризуется крупнопористой структурой (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 – Полистиролбетон, получаемый методом «капсулирования» вспененных полистирольных гранул

     Цемент  равномерным слоем распределяется по поверхности гранул вспененного  полистирола, которые затем соединяются друг с другом. Пустоты между гранулами остаются не заполненными, что позволяет получать полистиролбетон плотность менее 200 кг/м3! В производстве полистиролбетона крупнопористой структуры существует возможность использования крупных гранул вспененного полистирола (около 20 мм), а также продукта переработки изделий из пенопласта в виде отдельных кусочков состоящих из нескольких гранул.

       Однако гранулы вспененного полистирола  сферической формы в подобном  построении соприкасаются только  в шести точках, что существенно снижает механическую прочность такой конструкции. К тому же, для получения полистиролбетона крупнопористой структуры необходимо покрыть каждую гранулу тонким слоем цементного клея, что, учитывая сферическую форму и гладкую поверхность полистирольного заполнителя, достаточно сложно, а без использования специального смесительного оборудования и химических добавок практически невозможно. В любом случае полученный материал крупнопористой структуры имеет низкую прочность, а соответственно область его применения значительно сужается, так как основное преимущество полистиролбетона перед минераловатными утеплителями заключается в том, что при аналогичных показателях теплосопротивления полистиролбетон может нести определенную нагрузку. К тому же, полистиролбетон крупнопористой структуры материал весьма сложный в применении. При транспортировке, выгрузки и формовке, материал крупнопористой структуры зачастую расслаивается. Одним из важнейших показателей возможности использования бетона для выполнения некоторых видов строительных работ является его удобоукладываемость. В случае с полистиролбетоном крупнопористой структуры его удобоукладываемость не может быть увеличена путем введения дополнительного объема воды либо пластифицирующих добавок из-за опасности расслоения смеси. Поэтому для полистиролбетона крупнопористой структуры марка по удобоукладываемости не назначается вовсе (ГОСТ Р 51263-99 п.3.4.5).  В целом полистиролбетон крупнопористой структуры материал достаточно «капризный», он не переносит транспортировку, уплотнения и напорную подачу, его недостаточная подвижность и удобоукладываемость не оставляет надежд на возможность широкого применения в строительстве материала с подобными характеристиками [3].

     Еще одним способом уменьшения плотности получаемого материала является поризация цементного теста за счет ведения воздухововлекающих добавок. В этом случае гранулы вспененного полистирола будут играть роль крупного заполнителя (гравия), а образованные воздушные поры заменят собой мелкий заполнитель (песок). При этом поризованный раствор заполнит собой пространство между гранулами.

       Таким образом, полистиролбетон  поризованной структуры являет  собой удачной образец двухмодульной  схемы размещения сферических  тел, с использованием легкого  заполнителя в поризованной цементно-песчаной матрице.

       Полученный материал будет правильно  называть уже не полистиролбетоном,  а ПЕНОполистиролбетоном, так  как поры в этом материале  образованы и пенообразующими  добавками и гранулами вспененного полистирола (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 – Пенополистиролбетон

     Пенополистиролбетон на сегодняшний день, наиболее распространенный вид легкого бетона на полистирольном заполнителе. Не будет преувеличением сказать, что основной объем теплоизоляционных  покрытий на основе полистирольного заполнителя выполнен именно из пенополистиролбетона.

       Для пенополистиролбетона (полистиролбетона  поризованной структуры), как и  для полистиролбетона плотной  структуры ГОСТ Р 51263-99 устанавливает  марки по удобоукладываемости  смеси в зависимости от вида изделий и технологии их формования. Возможность получения смеси заданной жесткости или подвижности в пределах Ж 1 - Ж 3 и П 1 - П 5  позволяет использовать полистиролбетоные смеси не только для заполнения форм (опалубки) и устройства теплоизоляционных покрытий, но и изготавливать изделия из полистиролбетона (стеновые блоки, перемычки, теплоизоляционные плиты) методом виброуплотнения низкой интенсивности.

       В производстве полистиролбетона  поризованной структуры объем  вовлеченного воздуха не нормируется, что позволяет получать материалы плотностью менее 300 кг/м3. В настоящее время существуют достаточно хорошо отработанные составы полистиролбетона с объемом вовлеченного воздуха 30 % и более. Для приготовления пенополистиролбетона используются как белковые, так и синтетические пенообразователи отечественного, а также импортного производства.

       Однако у пенополистиролбетона  имеется и целый ряд серьезных  недостатков. Прежде всего, для  получения материала малой плотности  приходиться вводить гранулы  вспененного полистирола в поризованный цементно-песчаный раствор или иными словами в пенобетон. О достоинствах и недостатках пенобетона неавтоклавного твердения написано достаточно много и нет необходимости останавливаться на них подробно. Однако если рассматривать перспективы применения неавтоклавного пенобетона и полистиролбетона в качестве материала теплоизоляционных покрытий, когда растворы приготавливаются, подаются и укладываются непосредственно в построечных условиях, становиться ясным, что полистиролбетон и пенобетон конкуренты. Полистиролбетон и пенобетон, близки по своему функциональному назначению, а соответственно и области их использования в строительстве одни и те же. При этом на стороне полистиролбетона, простота его изготовления в условиях строительной площадки.

       В производстве полистиролбетона  строители используют готовый  заполнитель, соответственно новизна  процесса  приготовления обусловлена,  прежде всего, ультра низкой  плотностью заполнителя. В остальном  порядок приготовления полистиролбетона, если не брать в расчет некоторых нюансов, в общем, похож на приготовление обычного легкого бетона (например, керамзитобетона). Соответственно, в случае с полистиролбетоном можно говорить о простоте освоения производства данного строительного материала в построечных условиях [2].

       Производство неавтоклавного пенобетона  в «полевых» условиях процесс  гораздо более сложный. Прежде  всего, на эффект поризации  рабочего раствора оказывают  влияние различные факторы, например, температура окружающей среды.  Чем теплее, тем интенсивнее будет происходить поризация смеси при том же расходе пенообразователя. От качества самого пенообразователя, как и сроков его производства, будет изменяться объем вовлеченного в раствор воздуха. Наконец, результат поризации будет зависеть и от продолжительности перемешивания смеси с пенообразующей добавкой. Поэтому метод получения строительных материалов на основе «гибрида» пенобетона и полистирольных гранул, такой привлекательный на первый взгляд, на практике трудно реализуем по причине высокой сложности производства и нестабильности характеристик получаемого материала [3].

       В процессе приготовления пенополистиролбетона  достаточно трудно контролировать  объем вовлеченного воздуха, а,  соответственно, получить реальную  картину степени поризации раствора так же весьма затруднительно. Не лишним будет отметить еще одну особенность пенополистиролбетона с высокой степенью поризации: как и всякий поризованный раствор и пенобетон и пенополистиролбетон плохо переносит транспортировку, напорную подачу, уплотнение и т.д. Так, ГОСТ Р 51263-99 предусматривает допустимое увеличение плотности поризованной полистиролбетонной смеси за счет частичной потери вовлеченного воздуха до 7 %. Однако, реальная потеря вовлеченного воздуха в поризованной смеси может быть гораздо выше. Особо негативное влияние на пенополистиролбетон оказывает его напорная подача посредством растворонасосов. Как следствие, уменьшение объема пенополистирольной смеси при повышении ее плотности, а зачастую и расслоение смеси. При этом степень уплотнения, вследствие потери вовлеченного воздуха при транспортировке можно выявить, только когда смесь уже подана и уложена на объекте!

       В результате, практическая ценность  работ по устройству теплоизоляционно-конструкционных  покрытий на основе пенополистиролбетона оказывается существенно ниже расчетной. Более того, зачастую именно неумело подобранные составы полистиролбетонной смеси и, как следствие, неудовлетворительные результаты применения теплоизоляционных покрытий на основе полистиролбетона, дискредитируют саму идею использования данного материала в массовом строительстве.

     Практика  показывает, что производство качественного  пенобетона, когда показатели плотности, прочности, водопоглощения получаемого  материала соответствуют требованиям  ГОСТа, дело достаточно сложное, требующее системного подхода и тщательного анализа получаемых результатов. И если в стационарных условиях, либо в специально обученных нюансам приобъектного производства бригадах, получение пенобетона хорошего качества вполне возможно, перспективы освоения данного материала рядовыми строителями кажутся весьма туманными. Для по-настоящему массового использования полистиролбетона в современном строительстве, «гибрид» пенобетона и гранул пенопласта оказывается слишком сложным в производстве, да и качество получаемого материала зависит от множества нюансов [2].

     Следующий вариант получения изоляционно-строительного  материала широкого спектра применения - это полистиролбетон плотной  структуры, но низкой плотности. В отличие  от полистиролбетона поризованного или крупнопористого, в полистиролбетоне плотной структуры высокая прочность материала на сжатие и растяжение достигается при меньшем расходе цемента. Для плотного полистиролбетона характерна наиболее рациональная схема распределения пористого заполнителя в объеме бетона. Плотная укладка легкого заполнителя обеспечивает возможность получение материала плотностью менее 300 кг/м3.

       По своему строению полистиролбетон  плотной структуры напоминает  классический тяжелый бетон правильно  подобранного состава. В пустотах между зернами крупного заполнителя (условно, полистирольного гравия) находятся зерна мелкого заполнителя (условно, полистирольного песка). При этом цементный клей, распределенный по поверхности зерен, связывает полистиролбетонную композицию в единый монолит (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 – Полистиролбетон плотной структуры

       По основным физико-эксплуатационным  характеристикам полистиролбетон  плотной структуры значительно  превосходит крупнопористый и  поризованный полистиролбетон. В  частности для полистиролбетона плотной структуры характерна повышенная водонепроницаемость, так полистиролбетон с расходом цемента около 300 кг/м3 не пропускает воду даже при давлении 2 МПа.

       В отличие от поризованного  полистиролбетона, полистиролбетон  плотной структуры материал гораздо более стабильный, что позволяет ему легче переносит транспортировку, напорную подачу, виброуплотнение, а при плотности выше 400 кг/м3 и формование изделий с использованием вибропрессового оборудовании.

       Сам процесс приготовления полистиролбетона плотной структуры достаточно прост: отмеренный объем полистирольного «гравия» загружается в смеситель, где перемешивается с полистирольным «песком». В полученную смесь добавляется цемент либо цементно-песчаная смесь и вода с добавками. На первый взгляд ничего сложного, однако, как было сказано, без четкой классификации полистирольного заполнителя по фракциям данная схема построения полистиролбетонного композита не может быть реализована.

       В начале этой статьи были  обозначены основные трудности, возникающие при попытках использовать в приготовлении полистиролбетона плотной структуры вспененных полистирольных гранул различного размера. Как говорилось выше, вспененные гранулы полистирола аналогичной плотности, но разных размеров практически не используются в практике производства полистиролбетона. Тем более что для реализации такой схемы производства полистирольного заполнителя для бетона, необходимо применение сырья стабильных гранулометрических характеристик высокого качества, а, соответственно, и высокой стоимости. Учитывая, что стоимость полистирольного гранулята (сырья) оказывает основное влияние на конечную стоимость полистиролбетона, зависимость от дорогого сырья в основном импортного производства явно не способствует снижению стоимости полистиролбетона [3].

       Принимая во внимание высокую  стоимость сырья стабильных гранулометрических  характеристик, метод получения  пористого заполнителя заданных  гранулометрических характеристик  из сырья низкого качества  является наиболее перспективным.  Тем более что данный метод позволяет эффективно перерабатывать отходы производства пенопласта, а также различных изделий из него. Изделия одноразового использования из пенопласта, в настоящее время находят все большее применение, а их утилизация и переработка в нашей стране совершенно не налажена, возможность получения высококачественного заполнителя для бетона из «бросового» материала представляется весьма привлекательной.

     Для реализации метода получения полистиролбетона плотной структуры на основе дробленого пенопласта потребуется следующее технологическое оборудование;