Технологические особенности производства автоклавных газобетонов

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Литературный обзор

Определение ячеистого бетона. Место автоклавного газобетона (отличие от других видов).

Бетон ячеистый - искусственный камневидный пористый строительный материал с равномерно распределенными воздушными ячейками (порами) диаметром 0,1-3 мм, занимающими от 20 до 90% объема бетона, получаемый в результате затвердевания смеси из вяжущего, кремнеземистого компонента, порообразователя, воды, химических добавок или без них.

По способу порообразования ячеистые бетоны делятся на:

- Газобетоны (химическое порообразование)

- Пенобетоны (механическое порообразование)

По условиям твердения бетоны подразделяют на:

- автоклавные - твердеют в среде насыщенного пара при давлении выше атмосферного;

- неавтоклавные - твердеют в естественных условиях, при электропрогреве или в среде насыщенного пара при атмосферном давлении.

Ячеистые бетоны относятся к классу легких бетонов, которые характеризуются плотностью до 1800 кг/м. Строительные материалы, характеризующиеся данной плотностью, относятся к эффективным теплоизоляционным и акустическим материалам

В отличие от остальных теплоизоляционных материалов, ячеистый бетон представляет собой искусственный камень с равномерно распределенными по всему объему сферическими порами диаметром 1-3 мм. Качество ячеистого бетона определяют равномерность распределения, объема и закрытость пор.

В отличие от остальных легких бетонов, ячеистый бетон обладает определенным количеством открытых пор, что делает его звукопоглощающим (акустическим) материалом.

На сегодняшний день производители ячеистых бетонов в своем большинстве отдают предпочтение производству автоклавного газобетона (до 85% Российского производства ячеистых бетонов).

Автоклавный газобетон - один из немногих материалов, который применяют для устройства однослойных наружных стен, сопротивление теплопередаче, которых удовлетворяет требованиям строительных норм, а в некоторых случаях и значительно их превышает. Исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий, изложенных в СНиП II-3-76 «Строительная теплотехника», коэффициент теплопроводности ограждающей конструкции варьируется в зависимости от климатических условий выбранной местности и, в Свердловской области, имеет значение 3,65 Вт/м*С.

Коэффициент теплопроводности газобетона - 0,12 Вт/м*С. Это значит, что при толщине блока в 0,4м его коэффициент теплопроводности будет равен 0,4/0,12 = 3,33 Вт/м*С, что практически удовлетворяет нормам, указанным в СНиПе. Столь низкий коэффициент теплопроводности газобетон приобретает за счет низкой плотности изделий, которые, в свою очередь, характеризуются достаточной прочностью, для возведения из них несущих стен.

Пропаривание в автоклаве позволяет газобетону набирать прочность, характерную для конструкционно - теплоизоляционных материалов (класс по прочности B 1,5 и выше) при отличительно низких плотностях (марка по плотности М400 - М500), что позволяет использовать газобетонные блоки как эффективный конструкционно - теплоизоляционный материал.

Газобетон одновременно сочетает в себе теплоизоляционные и акустические свойства, т.к. имеет примерно одинаковое содержание открытых и закрытых пор в своей структуре, суммарное количество которых может достигать 85% от объема изделия.

Дома возведенные из газобетонных блоков не требуют дополнительной теплоизоляции. Удобство обработки этого материала позволят ощутимо сократить процесс возведения конструкций, ввиду возможности кладки большими блоками.

Газобетон хорошо подлежит обработке простейшими инструментами: пилится, сверлится, строгается. В него легко забиваются гвозди, скобы. Со временем газобетон становится все тверже. Не горит, так как состоит только из минеральных компонентов.

Патент на изобретение газобетона был получен в 1889 году чехом Гоффманом, который первым догадался добавлять в строительные растворы, гипсовый или цементный, различные соли. В результате химической реакции выделялся газ, который и придавал строительному материалу пористую структуру.

Далее замыслы Гоффмана развивали американцы Аулсворт и Дайер (1914 год), а позже (1929 год) - швед Эрикссон. В 1929 году фирмой «Ytong» был впервые осуществлен промышленный выпуск газосиликата. С тех пор началось его победное шествие по планете, в нашей стране это производство начало развиваться довольно рано - в 30-е годы прошлого века.

Но самые крупные высокотехнологические предприятия по выпуску газобетона были построены в России уже в последние годы. Похоже, что он, наконец, прочно обосновался на российском строительном рынке.

Зачастую, автоклавному газобетону противопоставляют другой материал из класса ячеистых бетонов - неавтоклавный пенобетон, который, в данный момент, занимает около 10% российского рынка потребления ячеистых бетонов.

Неавтоклавный пенобетон - вид ячеистых бетонов, с преимущественно замкнутыми сферическими порами, образованными при помощи механического воздействия. В отличие от газобетона, порообразователем в пенобетоне являются органические пенообразователи, замешанные в скоростном смесителе.

При более подробном изучении данных представителей группы ячеистых бетонов и их противопоставлении друг другу, были найдены их принципиальные отличия:

- Соотношение плотности и прочности.

Пенобетон или газобетон изготавливают различной плотности: от 300 до 900 кг/м3. Пенобетон значительно проигрывает автоклавному газобетону по физическим свойствам при одинаковой плотности. Плотность пенобетона или газобетона напрямую влияет на их теплоизоляционные свойства и, чем материал плотнее, тем теплоизоляция ниже. Для сравнения, для Новосибирской области толщина стены из пенобетона с плотностью D600 для нормальной теплоизоляции должна быть около 65 см. Стена из газобетона обеспечивает такие же показатели теплозащиты и несущей способности при толщине всего 45 - 50 см, при этом аналогичную прочность будут иметь блоки марки D 400 - D 500. Очевидно, что газобетон обладает лучшими, чем пенобетон, показателями прочности и теплоизоляции при меньшем весе.

- Усадка при высыхании.

В кладке из пенобетона выше риск появления трещин. Это связано с тем, что показатель усадки при высыхании, который является важным эксплуатационным показателем, для блоков из автоклавного газобетона существенно меньше, чем для пенобетонных блоков и не превышает 0,5 мм/м (для пеноблоков этот показатель составляет от 1 до 3 мм/м).

Увеличение данного показателя связано с тем, что в пенобетоне используется большее содержание цемента, чем в газобетоне. Портландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, набирающее прочностные показатели во влажной среде, обладающий тонкой дисперсностью, и, как следствие, повышенными гигроскопическими свойствами, поэтому, для растворов, содержащих большее количество портландцемента, требуется большее количество воды. Также, в газобетоне, при автоклавной обработке, образуются волокна и крупные кристаллы гидросиликатов, гидроалюминатов и гидроалюмоферритов кальция, буквально пронизывающие структуру цементного камня и играющие роль крупного заполнителя в борьбе с показателями усадки. При высыхании материала они сдерживают усадочные воздействия.

- Точность геометрических размеров.

Точность геометрических размеров блоков из автоклавного газобетона регулируется ГОСТом, допустимые отклонения - по длине до 3 мм, по ширине до 2 мм, по толщине - до 1 мм, тогда как для пеноблоков отклонения геометрических размеров по толщине может достигать 5 мм.

Нарушение геометрии пеноблоков связаны с упрощенной технологией производства: при заливке форм соблюсти точные геометрические размеры практически невозможно, также, в готовых изделиях не вырезается паз-гребень и захватные карманы для рук, а при использовании резательной технологии, линейные размеры блоков значительно зависят от качества производственной линии. Однако, теоретически, возможно изготовление пенобетонных блоков по резательной технологии, в этом случае, отклонения от заданных размеров и номенклатура изделий не будут являться различными, что у газобетона, что у пенобетона. Но, на территории Российской Федерации, резательная технология изготовления пенобетонных блоков на сегодняшний день распространения не получила.

2. Сырье для получения автоклавного газобетона

2.1 Вяжущее

Для изготовления автоклавного газобетона в качестве вяжущих применяется цемент и известь.

Портландцемент должен отвечать требованиям ГОСТ 10178-85 и, помимо этого, для производства ячеистого бетона начало схватывания цементного теста нормальной густоты должно наступать не позднее, чем через 2-3 часа. Ограничение по срокам схватывания обуславливается тем, что процесс схватывания газобетонного массива и процесс газообразования должны проходить параллельно и совпадать по времени. В противном случае получается производственный брак. При увеличении сроков схватывания, относительно реакции газообразования, вспученная масса не сможет удержаться в данном состоянии и, в итоге, осядет. При уменьшении же этих сроков, образующийся газ не сможет проходить сквозь структуру газобетонного массива и, в конечном счете, его разорвет, образуя сколы и трещины.

В тех случаях, когда вяжущее не обеспечивает требуемых сроков схватывания ячеистой смеси, рекомендуется в её состав вводить добавки, ускоряющие или замедляющие схватывание.

Для производства изделий из газобетона, на данный момент, в основном применяется цемент марки 500. Содержание цемента в газобетонной смеси строго нормируется и постоянно, по возможности, снижается, так как повышенное содержание цемента приводит к увеличению усадки при высыхании. Также, портландцемент является самым дорогим сырьевым материалом, входящим в газобетонную смесь и его оптимальное нормирование является главной задачей повышения рентабельности производства. Важное значение для производства газобетона имеет минералогический состав цемента. При производстве крупноразмерных изделий из автоклавного газобетона необходимо обеспечить их высокую прочность и трещиностойкость; в этом отношении наилучшие результаты получаются при использовании высокоалитовых малоалюминатных цементов.

Известь в производстве газобетона применяется в негашеном молотом виде. Рекомендуется применять известь не ниже 2-го сорта, маломагнезиальную, содержащую не более 5% оксида магния. Оксид магния характеризуется поздним гашением и увеличением объема, что способствует разрушению уже схватившейся смеси. Наличие пережога извести приводит к снижению качества изделий и поэтому содержание пережога ограничивается 3%. Желательно применять быстрогасящуюся известь со скоростью гашения от 10 до 20 минут. Известь, гасящаяся менее минуты, неприемлема в производстве, т.к. реакция гашения произойдет еще в смесителе и, смесь, вылитая в форму не разогреется до необходимой температуры. Реакции схватывания и газообразования пойдут медленнее, что вызовет простой производства, и не факт, что эти реакции пройдут параллельно. Температура гашения извести должна быть порядка 60 - 80 градусов.

Известь должна содержать не менее 75% активной CaO, т.к. это основной оксид, вступающий в реакцию с кремнеземом, образуя гидросиликаты кальция при автоклавной обработке. Тонкость помола извести - кипелки должна характеризоваться остатком на сите №008 не более 15%, для обеспечения требуемой активности и смешиваемости с другими компонентами смеси.

2.2 Кремнеземистый компонент

Традиционным сырьем в качестве кремнеземистого компонента в производстве газобетона служит кварцевый песок, однако, возможно применение и более дешевых техногенных отходов, которые могут использоваться взамен традиционному сырью. Для газобетона таким техногенным сырьем являются золы ТЭЦ, образующиеся после сжигания каменного угля на тепловых электростанциях. Не смотря на ухудшающуюся экологическую обстановку, производители не спешат отходить от традиционного способа изготовления газобетона.

При производстве автоклавного газобетона количество Si02 в песке должно быть не менее 70%, а глинистых и илистых примесей -- не более 5%.

Тонкость помола песка должна характеризоваться остатком на сите № 021, не превышающим 3%. В остальном песок должен удовлетворять тем же требованиям, что и песок для строительных работ (по ГОСТ 8736-58).

Высокое содержание Si02 в песке, применяемом при производстве автоклавного газобетона, и тонкий его помол обеспечивают наиболее полное химическое взаимодействие между частицами молотого песка и СаО цемента в процессе автоклавной обработки в условиях высокого давления.

При снижении содержания Si02 в песке, как и при более грубом его помоле, в процессе химического взаимодействия между частицами песка и цемента при автоклавной обработке будет возрастать доля непрореагировавших частиц, которые, не превратившись в гидросиликат кальция, окажутся балластом, а не носителем механической прочности газобетона.

При чрезмерно тонком измельчении песка увеличивается его удельная поверхность. Поэтому на частицах такого песка будет удерживаться излишнее количество воды, что вызывает усадку изделий.

Зола-унос, улавливается из дымовых газов котельных установок пылеугольного сжигания. Содержание Si02 в золе, используемой для производства газобетона и газосиликата, должно быть не менее 40%. Требования к дисперсности те же, что и к тонкости помола песка. Зола-унос -- тонкодисперсный порошок с удельной поверхностью (по Товарову) 2 000--3 000 см/г и поэтому обычно не требует дополнительного измельчения.

Содержание оксидов в золе находиться в данных пределах:

SiO - не менее 45%, AlO - 10-20%, FeO - 5-8%, CaO - 2-5%, MgO - 1-3%.

Дополнительным является требование к количеству несгоревшего угля. Содержание несгоревшего угля, определяемое химическим методом по величине потери при прокаливании, не должно превышать 10%, так как возможен распад органических частиц топлива, что происходит обычно в течение непродолжительного времени.

Замещение на производстве кварцевого песка на золу ТЭЦ несет как положительный, так и отрицательный характер, который будет рассмотрен далее.

Песок имеет кристаллическое строение решетки, что затрудняет его химическое взаимодействие с другими веществами. Он не растворяется в воде, меняет агрегатное состояние при температурах выше 300 С (варка стекла). Для инициирования химической реакции между песком и известью, что и является основной целью автоклавирования, необходим помол песка, производимый в шаровых мельницах. Прочность кварцевого песка может достигать 40МПа, поэтому помол песка характеризуется повышенный энергопотреблением и истиранием мелящих шаров и внутренних слоев футировки (для сравнения прочность гранита - 100 - 300 МПа).

Золы ТЭЦ имеют аморфное строение, они гораздо легче вступают в химическую реакцию с известью, и не нуждаются в помоле, так как по своей природе являются тонкодисперсным материалом. Кроме того, золы ТЭЦ обладают собственной активностью, что положительно влияет на показатели прочности.

Однако золы ТЭЦ имеют большую удельную поверхность, чем у молотого песка (3 000 см/г против 1500 - 2000 см/г), что отрицательно влияет на показатель усадки при высыхании. У автоклавного газобетона, изготовленного на кварцевом песке этот показатель составляет 0,2 - 0,3 мм/м, тогда как у газобетона, изготовленного на золе ТЭЦ - 0,5 мм/м.

2.3 Газообразователь

Наиболее распространенным газообразователем является алюминиевая паста (ГОСТ 54940).

Опыт показывает, что при производстве газобетона лучше всего использовать алюминиевые пасты марки газобетолайт и газобетопласт. При замене алюминиевой пудры на пасту были получены следующие результаты:

- отсутствие пыления в процессе подачи газообразователя в суспензатор и при перемешивании суспензии;

- исключена дополнительная операция обработки ПАВ;

- ускоряется гомогенизация алюминиевой суспензии;

- понижается осадка массивов;

- повышается пластичность свежеотформованных массивов;

- повышается устойчивость массива при транспортировке.

Алюминиевая паста, применяемая в качестве газообразователя парафинизирована. Парафин необходим для предотвращения детонации частиц парафина в замкнутой среде (бочке) при физических воздействиях, возникающих при транспортировке и хранении. Пленка парафина на частицах алюминия затрудняет равномерное перемешивание пасты в растворе и задерживает реакцию алюминия с известью или другой щелочью. Поэтому перед употреблением алюминиевую пасту замешивают, изготавливая алюминиевую суспензию. В роли ПАВ чаще всего используют порошок для стиральных машинок автомат, характеризующийся меньшим пеновыделением.

При попадании в смесь, алюминиевая суспензия вступает в реакцию с известью, впоследствии которой образуется водород. Этот газ стремится вверх, тем самым поднимая, вспучивая и поризуя формовочную массу.

2.4 Добавки

С целью улучшения технических свойств бетонных смесей и бетона в состав смесей вводят различного рода добавки.

Эти добавки можно разделить на следующие группы:

- пластифицирующие добавки

- добавки, ускоряющие или замедляющие схватывание и твердение бетона.

Одной из эффективных минеральных добавок, регулирующих скорость твердения смеси является гипсовый камень (CaSO·2HO).

В производстве газобетона применяется медленнотвердеющий гипс, характеризующийся началом схватывания не ранее, чем через 20 минут после затворения смеси.

Гипсовый камень должен удовлетворять требованиям ГОСТ 125 - 79 «Вяжущие гипсовые» и ГОСТ 4013 - 82 «Камень гипсовый и гипсоангидридовый для производства вяжущих материалов». Кроме того, он должен содержать не менее 70% минерала CaSO·2HO в своем составе и обладать дисперсностью, которая характеризуется остатком на сите 02 не более 20%.

Гипс, в составе газобетона, образует кристаллические частицы, которые в 10 - 100 раз больше основных частиц, образующихся в процессе изготовления изделий из автоклавного газобетона. Эти частицы обладают большей прочностью и служат в газобетоне роль крупного заполнителя, существенно увеличивая его прочностные показатели и уменьшая усадку при высыхании. Однако роль гипса в составе газобетонной смеси на данный момент времени малоизученна.

2.5 Вода

Для приготовления газобетона можно применять воду, пригодную для питья. Сточные и болотные воды, а также воды, загрязненные вредными для цемента примесями, имеющие водородный показатель рН менее 4 и содержащие сульфатов более 1% от веса воды (в пересчете на SO), нельзя использовать для затворения газобетонной смеси.

Вода должна удовлетворять требованиям главы СНиП I-В.3-92 «Бетоны на неорганических вяжущих и заполнителях», предъявленным к воде для приготовления бетона.

3. Технология изготовления. (ПСО "Теплит")

3.1 Поступление сырьевых компонентов на производство

Сырьевые компоненты поступают на завод автотранспортом. Цемент и зола, обладающие повышенной дисперсностью, поступают при помощи пневмотранспорта, который представляет собой герметично - замкнутую металлическую трубу. Автоцементовоз подъезжает к этой конструкции, герметично крепится к ней специальным шлангом, и, с обратного конца цементовоза при помощи пневмонасоса начинает поступать воздух В ходе разгрузки в цистерну цементовоза нагнетается воздух, создается давление до 2 атмосфер и открываются краны.

Известь поступает в комкообразном виде. Алюминиевая паста поступает в металлических бочках и замешивается в суспензию, как уже говорилось ранее.

3.2 Подготовка сырья и форм для укладки смеси

Подготовка молотой извести - кипелки состоит в дроблении и последующем тонком помоле. Куски извести измельчают в роторной дробилке, а последующий помол осуществляется в шаровых мельницах до фракции, характеризующейся остатком на сите №008 не более 15%. С целью уменьшения налипания на шары мельницы рекомендуется измельчать известь - кипелку совместно с небольшим количеством сухой золы по весу извести или, более эффективным будет введение в мельницу, совместно с помолом извести, веществ ПАВ, в соотношении 1/10, что на данный момент и используется на предприятии ПСО «Теплит» в г. Березовском.

Из алюминиевой пасты изготавливают суспензию в специальном смесителе, замешивая с водой в пропорции, примерно, 1/10. Данная операция происходит в отдельном помещении, имеющем повышенный класс пожароопасности. Категорически исключается использование металлических инструментов при вскрытии бочки с алюминиевой пастой, во избежание возникновения искры.

Металлические формы, в которые заливается смесь, смазываются тонким слоем специального масла, во избежание прилипания смеси к бортам формы.

3.3 Дозирование сырьевых компонентов

Вода, обратный шлам и алюминиевая суспензия подаются в дозатор насосом. Во избежание засора трубопровода на производстве создано 2 трубопровода, по которым непрерывно циркулирует поступающий в них материал - обратный шлам для одного и алюминиевая суспензия для другого. Сухие сырьевые компоненты подаются из силоса шнеком, каждый в свой дозатор.

3.4 Приготовление смеси

После дозирования компонентов происходит их выгрузка в смеситель. В начале, загружают обратный шлам и воду, затем золу, цемент и известь. Через 30 секунд в смеситель вводят заданное количество алюминиевой суспензии, и перемешивание продолжается еще 1 - 2 минуты.

Сразу же после окончания перемешивания газобетонная смесь выгружается из смесителя в формы.

3.4 Формование и предварительное твердение газобетонного массива

Завод в ПСО «Теплит» в г. Березовском работает по литьевой технологии формования с использованием смеси с низким В/Т отношением (подвижность смеси, определяемая по прибору Суттарда - 16 - 20 см).

Формование пористой структуры происходит за счет реакции газообразования, протекающей между алюминием и гидроксидом кальция по следующей схеме:

3Ca(OH) + 2Al +6H2O = 3CaO*AlO*6HO+3H.

Смесь заливается в формы на определенную высоту (примерно на половину высоты формы) с таким расчетом, чтобы после окончания вспучивания форма заполнилась с избытком в виде «горбушки». Вспучивание смеси продолжается около 10 - 20 мин. В этот период ячеистая смесь разогревается до температуры 60 - 70 градусов. Продолжительность выдерживания форм, заполненных смесью, до их распалубки 60 - 100 минут.

В период вспучивания и созревания газобетонной смеси в формах их передвижение исключено.

Выдерживаются формы в специальном помещении, при температуре не ниже 20C и повышенной влажностью, для предотвращения возможного высыхания смеси.

Наиболее активными компонентами сырьевой смеси для ячеистого бетона являются негашеная известь и алюминий. Первыми химическими новообразованиями при производстве ячеистого бетона являются портландит Ca(OH)и газ водород, а также гидраргиллит Al(OH)3. По сравнению с известью цемент является относительно более медленно реагирующим компонентом сырьевой смеси. Такие клинкерные минералы, как С3А и C3S, являются наиболее активными и обусловливают поведение сырьевой смеси, сходное с твердением бетонных смесей. Однако в сырьевой смеси для ячеистого бетона преобладают другие условия. В начале перемешивания температура составляет 35-50С. Реакции с участием извести и алюминия обусловливают ее повышение в течение первого часа (разогрев массива). Дополнительное наличие в сырьевой смеси сульфата не играет существенной роли. Часто ввод гипса или ангидрита втрое выше, чем количество сульфата, вносимое с цементом.

C3A + 3CaSO4 + 32H2O > C3A·3CaSО4·32H2O (эттрингит);

2С3S + 6H2O> CSH"гель +3Ca(OH)2.

Уравнения реакции показывают, что основные новообразования связаны с вводом цемента (эттрингит, CSH"гель и портландит). C2S и ферритная фаза цементного клинкера в сырьевой смеси и в сырце также претерпевают превращения. В зависимости от технологии получения ячеистого бетона и типа готового продукта ячеисто бетонный сырец остается в формах в течение 1-5 ч. В это время непрерывно протекают химические реакции. В отличие от обычного бетона в ячеистом бетоне из-за недостатка сульфата эттрингит не образуется.

3.5 Пост распалубки и резка массива на блоки

После предварительного выдерживания форма, с залитой в неё газобетонной смесью, отправляется на пост распалубки. Происходит откидывание торцевых и боковых бортов формы. Сбоку к массиву подгоняется специальная палетта и происходит кантование формы с массивом на 90 градусов так, чтобы массив оказался сверху специально подогнанной металлической палетты. После этого форма отправляется на пост чистки и смазки, а поддон с массивом отправляется далее по линии резки.

Паллетта с массивом устанавливается на тележке линии резки, которая будет транспортировать его по постам резки массива.

На 1-м посту резки происходит калибровка массива по ширине. Также, в случае необходимости, нарезается паз - гребень, специальными ножами.

На 2-м посту резки происходит резка массива в горизонтальном направлении. Резка производится неподвижными струнами, установленными под углом.

На 3-м посту массив устанавливается неподвижно. Специальным механизмом паллет с массивом приподнимается с тележки. Данная тележка направляется на начало линии резки. На место уехавшей тележки, с другой стороны линии, подъезжает новая тележка, по пути собирая упавшую обрезанную массу в шламонакопитель, установленный в центральной части линии резки, и паллет устанавливается на эту тележку. Происходит фиксация верхней части массива на вакуум щит, при помощи сжатого воздуха, после, происходит вертикальная резка струнами, совершающими колебательные движения, также происходит нарезка захватных карманов для рук. После завершения резки, форма отправляется далее, вакуум, между вакуумным щитом, установленным на резательной установке, и верхней массой массива убирается и масса падает вниз. Палет с массивом, специальным подъемным механизмом устанавливается на автоклавную тележку. Из 18 массивов, установленных на 6ти автоклавных тележках, формируется, так называемый, автоклавный поезд. Во время формирования этого "поезда", массивы, уже погруженные на автоклавную тележку, ожидают поступление в автоклав в специальном изолированном помещении для предотвращения высыхания и остывания массы. Движение автоклавных тележек осуществляется за счет лебедки.

3.6 Автоклавирование

После формования автоклавного поезда массивы транспортируются в автоклав. Транспортирование происходит по передвижному автоклавному мосту и массивы загружаются в автоклав по откидному рельсовому мостику. Открытие и закрытие крышки автоклава происходит при помощи гидроцилиндров.

Производственный цех ПСО "Теплит" в г. Березовском оснащен 9ю тупиковыми автоклавами. Автоклав представляет собой металлический цилиндрический сосуд, диаметром 2,6м и длинной 37м. В нижней части автоклав опирается на бетонные опоры, которые предотвращают возможность появления дефектов автоклава под давлением, так называемого "забананивания", и увеличивают срок службы автоклава. В передней, центральной и задней части автоклава расположены датчики температуры и давления, передающие показания на операторский пост.

Вода, служащая технологическим паром, проходит стадию очистки от примесей и обессоливание, для предотвращения нарушений внутренней части автоклава. Пар подается по паропроводу, в автоклав, расположенному по бокам в его внутренней части. Снизу, во внутренней части автоклава, находятся отверстия для отвода конденсата, который, после поступает в специальный накопитель конденсата.

Термовлажностная обработка завершает процесс формирования газобетонной смеси. Установление оптимального режима запаривания является важной технико-экономической задачей, так как мощность заводов определяется в основном производительностью автоклавов.

В большинстве случаев нарушения или отступления от установленного режима запаривания приводят к снижению прочности газобетона или к образованию трещин в изделиях. При большой скорости подъема давления пара, возникающего в результате температурных напряжений деформации, могут нарушить структуру материала и полностью разрушить его.

Во избежание разрушения структуры массива во время запаривания в автоклаве, работу автоклава условно разделяют на 3стадий (стадии подъема, выдержки и спуска температуры).

Присутствие воздуха в автоклаве снижает температуру пара. Для того, чтобы довести до минимума отклонения температуры насыщенного пара от нормы в соответствии с показателями манометра, рекомендуется до пуска пара постепенно, на протяжении часа, создать в автоклаве разряжение до 300 мм рт. ст.

В 1й стадии в течении нескольких часов происходит плавный запуск пара в автоклав. Пуск пара производят медленно и аккуратно во избежание разрушения массива из-за быстро нарастающего поверхностного натяжения, также плавный запуск пара предотвращает возможную деформацию автоклава.

Во 2й стадии запаривания, когда наиболее интенсивно протекают физико-химические процессы, вызывающие твердение изделий, наибольшее значение приобретают деформации усадки. Длительность 2й стадии (изотермический период) составляет 5 - 6 часов. Запаривание происходит при давлении 12 атмосфер и пропорциональной этому давлению температуре - 220С.

В этой стадии происходят основные физико-химические процессы, происходящие в газобетонной смеси при автоклавной обработке. При температуре выше 180С и присутствии воды в жидкой фазе происходит образование гидросиликатов кальция, эттрингита, фаз тоберморита, формирующих основные прочностные показатели газобетона.

Взаимодействие гидроксида кальция с кремнеземом с образованием фаз гидросиликатов кальция происходит по следующей схеме:

Ca(OH)+SiO+mHO = CaO* SiO* nHO

Образование данных фаз характеризуется увеличением объема массы, благодаря чему в автоклаве происходит колебание давления при закрытом паровыпускном вентиле. Также, если образование новых фаз идет слишком быстро, возможно разрушение уже схватившегося цементного теста.

Во 2м периоде отклонения давления пара от 12 атмосфер должны быть не более 0,1 - 0,2 атмосфер.

На 3й стадии запаривания при выпуске пара из автоклава в изделии возникают интенсивные оттоки воды и пара, так как среда в автоклаве охлаждается быстрее, чем запариваемое изделие. Очень быстрое снижение давление пара может также вызвать нарушение структуры в изделиях. Целесообразно снижать давление пара на 3й стадии запаривания равномерно, на протяжении 2 - 3 ч.

Пар из автоклава выпускается, непосредственно, в атмосферу, по паропроводу, оснащенному специальными глушителями, для уменьшения шума, возникающего при выпуске пара.

В целях уменьшения расхода пара в загруженный изделиями автоклав подают сначала пар из того автоклава, в котором процесс выдержки при наибольшем давлении закончился. Перепуск пара с одного автоклава в другой осуществляют по принципу сообщающихся сосудов и, в большинстве случаев не превышает значение давления в 4 МПа.

На паропроводе для подачи пара из котла в автоклав должен быть установлен обратный клапан для уменьшения перепадов давления пара в автоклаве при резком изменении давления пара в котле.

Давление пара в автоклаве (на 3м периоде) снижают в первую очередь, полностью или частично закрывая вентиль, подающий пар из котла. Затем пар выпускают или подают в другой автоклав, для чего открывают паровыпускной или пароперепускной вентиль.

Чтобы предотвратить образование трещин, возникающих при резком охлаждении, необходимо выгружать изделия из автоклава при разности температур в автоклаве и цехе не более 40 градусов.

Общее время автоклавной обработки на ПСО "Теплит" составляет 10,5 часов.

3.7 Упаковка, отправка потребителю

После прохождения автоклавной обработки изделия выгружаются из автоклава и поступают на пост, где специальной установкой, предотвращается слипание блоков друг с другом. После прохождения поста ОТК изделия, специальным механизмом, устанавливаются на поддоны и транспортируются по конвейеру, оснащенному датчиками движения. На этом конвейере блоки проходят несколько постов, где они маркируются и упаковываются полиэтиленом. Данная линия упаковки также полностью автоматизирована.

Конвейер выходит за пределы цеха и оттуда, самоходными тележками и погрузчиками поддоны с газобетонными блоками транспортируются на склад готовой продукции, либо транспортируются, непосредственно, потребителю.

4. Влияние гипса на твердение цементного теста и автоклавного газосиликата в частности

Применение гипса как обязательной составляющей портландцемента и цементов на его основе объясняется наличием в них минерала трехкальциевого алюмината (С3А). Отсутствие гипса в цементе легко распознается по резкому ускорению сроков схватывания цементного теста (растворных и бетонных смесей). Следовательно, такие цементы - так называемые быстряки не удается использовать для приготовления бетонов. В ряде случаев, когда на строительство поступал такой цемент, приходилось вводить в смесь больше воды, что снижало качество бетона.

Гипс вводят в растворы не только для регулирования сроков загустевания смесей на портландцементах и бетонах на их основе, но для регулирования их технических свойств, вследствие чего заметно повышается качество бетона. Поэтому следует рассмотреть причины, повышающие прочность, морозостойкость, сульфатостойкость и другие свойства бетона. Требуется пояснить результаты реакции гидратации минерала С3А, например:

3САО * Аl2О3 + 6Н2О = 3СаО * Аl2О2 * 6Н2О.

Кроме указанных в формуле шести молекул химически связанной воды (или иных количеств в аналогичном по свойствам соединении) значительно большая масса воды физически связывается с гидратированным трехкальциевым алюминатом.

Каркасом, образующим ячейки системы, служат новообразования из зерен цемента (в данном случае из трехкальциевого алюмината) и непрореагировавшие минералы полиминерального и полидисперсного цемента, а заполняет ячейки вода.

Высокое водоудержание в коагуляционных структурах гидратированного трехкальциевого алюмината объясняется особенностями кристаллических новообразований.

Процесс загустевания теста из порошка минерала С3А и воды (водных растворов) начинается через несколько минут. Загустевание теста связано с увеличением количества таких кристаллов, а не с изменением их формы. При затворении водой образуются кристаллики в виде тонких пластинчатых шестиугольников толщиной 10-12 мкм.

Прочность цементного камня из синтетического порошка С3А изменяется при его увлажнении, что показывает на особенность связей в этом соединении, во многом схожей со свойством природных глин.

В опытах было показано, что потеря связности и прочности имеет обратимый характер. Прочность образцов увеличивается с уменьшением их влажности, что позволяет после неоднократного разрушения затвердевших образцов снова их затворять водой, превращая в тесто. Последнее вновь превращается в прочный камень в условиях воздушного твердения.

Перечисленные особенности свойства минерала С3А позволили нам назвать этот минерал не гидравлическим, а глиноподобным. Иначе говоря, портландцемент имеет в своем составе кроме минералов, для которых влажные условия являются оптимальными при твердении, и такие минералы, которые в этих условиях не упрочняются. В частности, по этой причине необходимо нормировать в цементе содержание минерала С3А.

Гипс обеспечивает разрушение глиноподобных коагуляционных структур, образующихся при гидратации минерала С3А. В этом случае при реакции образуются высокосульфатная или низкосульфатная формы гидросульфоалюмината кальция:

3СаО * АI2О3 + 3CaSО4 * 2Н2О + 25Н2О = 3СаО * Аl2О3 * 3CaSО4 * 31Н2О

3СаО * Аl2О3 + CaSО4 * 2Н2О + 10H2О = 3СаО * Аl2О3 * CaSО4 * 12Н2О

Опыты проводились на образцах из гидросульфоалюмината размерами 1х1х1 и 1х1х3 см, изготовленных из пластичных смесей состава 1:3 на чисто кварцевом речном песке с зернами размером 0,15-0,25 мм, с разными значениями В/Ц. Высокосульфатная форма гидросульфоалюмината образуется при увеличении в два раза количества этого новообразования против исходных продуктов. Следовательно, этот процесс протекает в тот период, когда окружающие его новообразования из минералов цемента будут пластично деформироваться при воздействии на них усилий от формирующего гидросульфоалюмината 3СаО * АI2О3 * 3CaSО4 * 31Н2О. В случае изменения состояния новообразований - среды для этого соединения при переходе их в хрупкое тело, произойдет потеря сплошности и разрушение образца.

По этой причине для регулирования сроков схватывания цемента заводского помола количество вводимого в мельницу гипса строго лимитируется. Оно составляет не более 3,5% в расчете на SО3, что для химически чистого гипсового камня составит 7% от массы цемента.

Расчет содержания гипса по ангидриду серной кислоты ведут потому, что гипсовый камень - осадочная порода, в которой кроме CaSО4 и 2Н2О содержится (в зависимости от месторождения) различное количество примесей, не вступающих в реакцию с С3А. Следовательно, определение для цемента необходимого количества гипса достигается указанным приемом расчета.

В случае использования гипсового камня с содержанием в нем 50% примесей, необходимо вводить в цемент 14% последнего при помоле клинкера. Для полного связывания минерала С3А в цементе при реакции с водой в гидросульфоалюминат требуется добавлять больше гипса. Для образования высокосульфатной формы гидросульфоалюмината на весовую единицу С3А нужно примерно 2 единицы массы чистого гипса (CaSО4 * 2Н2О), что можно подсчитать из формулы этого соединения.

В сульфатостойком портландцементе содержание минерала С3А ограничивается 5%, а в сульфатостойком пуццолановом портландцементе 8%. В соответствии с указанным расчетом в этих цементах должно содержаться 10 и 16% химически чистого гипса или 5 и 8% в расчете на серный ангидрид (SО3). В случае же применения сульфатостойкого портландцемента с минимальным содержанием минерала С3А (по сравнению с другими портландцементами) не все количество минерала С3А будет связано с гипсом в гидросульфоалюминате. Это позволяет считать, что в бетонах на таких цементах он может образоваться в длительный период эксплуатации сооружений в агрессивной сульфатной среде. Несомненно, в сульфатной среде наиболее сульфатостсек тот бетон, в котором не было как исходного, так и гидратированного минерала С3А.

Наличие в цементном камне несвязанного с гипсом гидратированного трехкальциевого алюмината объясняется недостаточной тонкостью измельчения клинкера в заводских мельницах. При таком измельчении не все количество минерала С3А вскрывается для последующей реакции с водой. Опыты по тонкому измельчению клинкера с водой "мокрым помолом" показывают, что даже в цементах, содержащих значительно большее количество минерала С3А против количеств, допускаемых в сульфатостойких цементах, удается связать практически все количество минерала С3А.

Доказательством полного связывания минерала С3А гипсом служили: отсутствие разрушения образцов при длительном твердении при параллельном сравнении с образцами-эталонами, в которых использован тот же клинкер, размельченный в цементный порошок обычным сухим способом, и испытание на длительную морозостойкость.

Указанные цементы по составу исходных минералов цемента приближаются к цементам типа гипсосиликатных, технические свойства цементного камня в которых определяются группой минералов цемента - силикатов кальция С3S и C2S, минералом С3А и гипсом - CaSО4 * 2Н2О.

При разных способах измельчения клинкера с увеличением дисперсности цемента создаются условия для вовлечения в реакцию с водой и гипсом большего количества минерала С3А. В клинкере с 11% этого минерала при мокром измельчении не удалось вскрыть все количество минерала для реакции образования гидросульфоалюмината в период, когда тесто находилось в упруго-вязко-пластичном состоянии. Возникновение этой реакции, когда образуются прочные и хрупкие кристаллические связи из гидратированных силикатов кальция, а также продуктов гидратации алюмоферрита, приводит к разрушению образцов.

Следовательно, как и при сульфатной коррозии, возможно аналогичное разрушение бетона в воздушно-влажной и в воздушной среде при твердении с повышенным количеством гипса в цементе заводского помола.

При создании препятствий для увеличения объема образца из-за такого процесса образования гидросульфоалюмината удается получать бетоны с высокой водо- и бензинонепроницаемостью или (при высокой дисперсности цемента) с напряжением арматуры в железобетоне. Отметим, что при 15% гипса получается максимальный эффект упрочнения на дальние сроки твердения цемента из высокоалюминатного клинкера (кгс/см2):

R3 = 191; R7 = 274; R28 = 275; R90 = 431; R180 = 432; R360 = 405.

Неустойчивость высокосульфатной формы гидроалюмината имеет важное значение в строительном деле. Изучением стабильности высокосульфатной формы гидросульфоалюмината занимались ряд исследователей в СССР и за рубежом, но она нуждается в дальнейшем изучении.

Содержащийся в цементе трехкальциевый алюминат гидратируется очень быстро. В отсутствие сульфатных ионов он образует коллоиды с большим содержанием воды, вызывающие быстрое схватывание цементного раствора или бетона.

В присутствии гипса в отличие от этого образуются крупнокристаллические кальцийсуль-фоалюминатные фазы, препятствующие преждевременному образованию коллоидов.

Трехкальциевый алюминат цемента влияет не только на схватывание, но также и на прочность цементного камня. По данным Бога, образование гидроалюминатов кальция вызывает пористость структуры цементного раствора или бетона и снижает ее прочность.

В результате реакций с гипсом вместо гидроалюминатов кальция образуются гидросульфоалюминаты кальция, не вызывающие снижения прочности. Известно, что образование сульфоалюминатных фаз протекает с изменениями объема, понижающими прочность бетона.

При этом решающую роль играет три-сульфоалюминат, в то время как моносульфоалюминат, по-видимому, не оказывает никакого влияния.

Если эти изменения объема происходят еще в пластичном растворе или бетоне, то они не снижают его прочности. Опыты показали, однако, что при определенных условиях трисульфоалюминат может образоваться также в затвердевшем растворе или бетоне и что он при этом также может не оказывать вредного влияния на прочность и постоянство объема. А именно тогда, когда он образуется из C4AF и гипса в цементах с высоким содержанием C4AF, не содержащих С3А. При повышении температуры твердения к цементу, чтобы он мог достигнуть максимальной прочности, приходится добавлять больше гипса, но с увеличением периода твердения оптимальное содержание гипса не изменяется.

Роль гипса заключается в том, что он входит, с одной стороны, в комплексные новообразования, легко кристаллизующиеся и армирующие искусственный камень и, с другой стороны, активизирует систему. Количество гипса при этом должно быть оптимальным, так как оно тесно связано с активностью глинитного компонентна, содержанием золы и дисперсностью вяжущего. Природный гипсовый камень и обожженный гипс в виде полугидрата действуют одинаково, поэтому целесообразно применять более дешевый гипсовый камень.

Также, добавка гипса интенсифицирует взаимодействие оксида кальция и кремнезема (извести и золы), что приводит к повышению прочности газобетона. Кроме того, по данным зарубежных производителей, введение гипса способствует снижению усадки при высыхании. В технологическом плане, гипсовый камень замедляет гашение извести, что имеет особое значение при использовании извести с короткими сроками гашения.

Для большинства пород оптимальной добавкой является 3-5% двуводного гипса.

Положительная роль гипса при твердении вяжущих в условиях гидротермальной обработки отмечалась многими исследователями. Были изучены вяжущие с использованием зол и шлаков , горелых пород и речного песка с глинистыми , примесями . Имеются также данные, указывающие на некоторое снижение прочности изделий с введением в состав вяжущих гипса. Исследованы вяжущие с использованием некоторых глин и суглинков месторождений Белоруссии . Как при пропаривании, так и при автоклавной обработке при 8 атм добавка гипса вызывала значительное повышение прочности образцов.

5. Свойства автоклавного газобетона

Газобетон -- это долговечный и экологичный материал, который в настоящее время является одним из самых недорогих и удобных для строительства. Он обладает большим количеством неоспоримых преимуществ перед другими материалами.

Паропроницаемость и теплоёмкость. Структура газобетона, в отличие от монолитных блоков, позволяет воздуху проникать из внешней среды, тем самым создавая хороший микроклимат в помещении. При этом он прекрасно удерживает температуру, и потому в доме из этого материала тепло в зимний период и прохладно летом.

Прочность и долговечность. Благодаря сложной автоклавной обработке в конце производственного процесса получается материал, который может выдержать большую нагрузку благодаря равномерному распределению пор и, как следствие, отсутствию уязвимых участков в конструкции. Если нормой для пенобетона является усадка на 3-5 мм, то для газобетона этот показатель редко превышает 0,7 мм. Этот фактор предотвращает появление микротрещин. Кроме того газобетон легко выдерживает 100 циклов замораживания с последующим оттаиванием.

Лёгкость. При строительных работах этот фактор -- один из самых важных, ведь в случае тяжёлых материалов требуется дополнительное оборудование, чтобы доставить его на верхние этажи.

Удобство использования. Несмотря на высокие показатели прочности, газобетон лучше других материалов поддаётся обработке: его можно резать, сверлить и строгать обычными инструментами. Анклавный газобетон отличается очень точной конфигурацией, что позволяет значительно экономить на материалах.

Стоимость. Цена на кубический метр газобетонного блока на четверть ниже цены на пенобетон и почти на треть цены на кирпич. К тому же размер стандартного блока больше, чем размер кирпича. Следовательно, экономия увеличивается ещё в несколько раз.

Экологичность. Помимо того, что газобетон в процессе эксплуатации не выделяет в атмосферу вредных веществ, его производство требует гораздо меньше первичного материала и мощностей.

Таблица 1. Физико-технические показатели газобетонных блоков

Марка по плотности	D300	D400	D500	D600
Нормируемая объемная плотность, кг/м3	300	400	500	600
Класс по прочности на сжатие	B1,0; В1,5	В2,0; В2,5	В2,5	В 3,5
Коэффициент теплопроводности в сухом состоянии, л0[Вт/(м · єС)]	0,072	0,096	0,12	0,14
Коэффициент теплопроводности при влажности 4%, лА [Вт/(м · єС)]	0,084	0,113	0,141	0,160
Коэффициент теплопроводности при влажности 5%, лБ [Вт/(м · єС)]	0,088	0,117	0,147	0,183
Усадка при высыхании, [мм/м], не более	0,3	0,3	0,3	0,3
Марка по морозостойкости	F 35	F 50	F 50	F 50
Коэффициент паропроницаемости, м[мг/м·ч·Па]	0,26	0,23	0,20	0,16
Марка по плотности	D300	D400	D500	D600
Отклонение от заданных геометрических размеров (I категория):
· длина, [мм], не более	2	2	2	2
· ширина, [мм], не более	2	2	2	2
· высота, [мм], не более	1	1	1	1

Физико-технические характеристики газобетонных блоков.

Коэффициент линейной температурной деформации газобетона при изменениях температуры от минус 60°С до плюс 50°С установлен равным

При наличии данных о минералогическом составе цемента и заполнителей, рецептуре смеси, влажности газобетона и т.д. разрешается принимать другие значения , обоснованные экспериментально.

Начальный коэффициент деформации газобетона (коэффициент Пуассона) v принимается равным 0,2, а модуль сдвига газобетонов G - равным 0,4 соответствующих значениям Eb.

Усадка при высыхании газобетона, определяемая по ГОСТ 25485, составляет 0,3 мм/м.

Отпускная влажность газобетонных изделий и конструкций согласно ГОСТ 31359 не нормируется:

Основные нормируемые физико-механические характеристики газобетона:

Прочность автоклавного газобетона характеризуют классами по прочности на сжатие, определяемыми по ГОСТ 10180, ГОСТ Р53231.

Плотность газобетона нормируется по ГОСТ 31359 марками по плотности D, определяемыми по ГОСТ 27005.

Стабильность показателей газобетонных блоков по плотности и прочности на сжатие характеризуется коэффициентами вариации, которые определяются в соответствии с требованиями СН 277, ГОСТ 27005 и ГОСТ Р53231. Средние значения коэффициентов вариации газобетонов не должны превышать: по плотности 5 %; по прочности на сжатие - 15 %.

Марки газобетона по морозостойкости назначается в зависимости от режима эксплуатации конструкции и климатического района.

Показатели классов газобетонных блоков СК по прочности на сжатие и марок по морозостойкости в зависимости от марок по плотности приведены в на странице "Каталог продукции".

Нормируются физико-механические характеристики автоклавных газобетонных блоков по сжатию, растяжению и срезу.

Нормативные сопротивления конструктивно-теплоизоляционных газобетонов СК сжатию, растяжению и срезу приведены в таблице 5.2, расчетные сопротивления - в таблице 5.3.

При соответствующем экспериментальном обосновании допускается учитывать влияние не только класса газобетона по прочности и его марки по плотности, но и состава и вида вяжущего, а также условий изготовления и твердения газобетона, при этом допускается принимать другие значения Eb.

Таблица 2. - Нормативные сопротивления газобетона сжатию, растяжению и срезу

Показатели	Нормативные сопротивления газобетона сжатию Rbn, растяжению Rbtn и срезу Rshn; расчетные сопротивления для предельных состояний второй группы Rb, ser , Rbt, ser и Rsh, ser, при классе бетона по прочности на сжатие
Класс бетона по прочности на сжатие	В1,5	В2,0	В2,5	В3,5
Сопротивление осевому сжатию (призменная прочность) Rbn и Rb, ser	1,40 14,3	1,90 19,4	2,4 24,5	3,3 33,7
Сопротивление бетонов растяжению Rbtn и Rbt, ser	0,22 2,24	0,26 2,65	0,31 3,16	0,41 4,18
Сопротивление бетонов срезу Rshn,Rsh, ser	0,32 3,26	0,38 3,82	0,46 4,56	0,6 6,03

Таблица 3 - Расчетные сопротивления газобетона сжатию, растяжению и срезу

Показатели	Расчетные сопротивления газобетона для предельных состояний первой группы Rb, Rbt и Rsh, при классе бетона по прочности на сжатие
Класс бетона по прочности на сжатие	В1,5	В2,0	В2,5	В3,5
Сопротивлению осевому сжатию (призменная прочность), Rb	0,95 9,69	1,3 13,3	1,6 16,3	2,2 22,4
Сопротивление бетонов растяжению, Rbt	0,09 0,918	0,12 1,22	0,14 1,43	0,18 1,84
Сопротивление бетонов срезу, Rsh	0,14 1,42	0,17 1,66	0,20 1,98	0,26 2,62

Таблица 4 - Начальные модули упругости автоклавного газобетона при сжатии

Показатели	Расчетные сопротивления газобетона для предельных состояний первой группы Rb, Rbt и Rsh, при классе бетона по прочности на сжатие
Класс бетона по прочности на сжатие	В1,5	В2,0	В2,5	В3,5
Сопротивлению осевому сжатию (призменная прочность), Rb	0,95 9,69	1,3 13,3	1,6 16,3	2,2 22,4
Сопротивление бетонов растяжению, Rbt	0,09 0,918	0,12 1,22	0,14 1,43	0,18 1,84
Сопротивление бетонов срезу, Rsh	0,14 1,42	0,17 1,66	0,20 1,98	0,26 2,62

Заключение

автоклавный газобетонный строительный

Газобетонные блоки обладают рядом положительных качеств, упомянутых ранее. Прочность на сжатие, пожароопасность и коэффициент теплопроводности в газобетонных блоках соответствует нормам, прописанным в ГОСТах, для гражданского строительства, чтобы использовать их как для возведения перегородок, так и несущих конструкций во многих областях России, а в ряде случаев, эти характеристики значительно выше прописанных норм.