Баротехнология: развитие и перспективы.
К 25-летию создания баротехнологии

       Во второй половине 70-х годов прошлого века в промышленности строительных материалов Украины получило развитие производство теплоизоляционного материала для строительства - ячеистого бе­тона. Нельзя сказать, что этот материал был для Украины и СССР совершенно новым. Уже, к примеру, успешно действовал в Украине Белгород-Днестровский опытно-экспериментальный комбинат стро­ительных материалов, на котором налаживали вы­пуск перспективных строительных материалов, в том числе изделий из ячеистого бетона; в процессе строительства, реконструкции, монтажа и наладки находился Матвеевский силикатный завод (позже Николаевский комбинат силикатных изделий), Славутский завод строительных материалов, Черниговский, Сумской и др., в процессе разработки проектных решений были, в том числе, Береговский и Купянский заводы.
       Наибольшее развитие в те годы производство изделий из ячеистого бетона получило в Прибалтике. В Эстонии (г. Таллинн) находился ведущий инсти­тут НИПИСиликатобетон, на базе которого были сосредоточены практически все разработки нового технологического оборудования и технологий с при­влечением профильных институтов Союза - Гипростроммашина (г. Киев), Белгипростром (г. Минск), НИИСМИ (г. Киев) и др. Испытания оборудования и отработка технологий осуществлялись на опытном заводе НИПИС (г. Таллинн), комбинате Сморгоньсиликатбетон, Гродненском, Николаевском, Белгород-Днестровском, Славутском заводах с привлечением специалистов ВНИИСТРОМ (г. Москва).
       Чем же был обусловлен интерес, а скорее пово­рот, к новым теплоэффективным строительным материалам?
       Объяснение этому есть: именно кризисные явления 1973 и 1979-80 гг., связанные в том числе с событиями на Ближнем Востоке, вызвали значительное увеличения цен на нефть, нефтепродукты и природный газ - основные виды топлива. Кроме того, к этому времени накопились проблемы, связанные с не­достаточным количеством энергоносителей. Во многих странах мира это вызвало мгновенную реак­цию, что практически выразилось в стимулировании энергосберегающих мероприятий, прямым следстви­ем чего явились разработки и организация выпуска энергосберегающей продукции, к которой, безуслов­но, в полной мере относятся изделия из ячеистого бетона, среди всех строительных материалов макси­мально приближающиеся по физико-механическим характеристикам к конструкциям и изделиям из древесины - общепризнанного наиболее теплоэффективного природного материала.
       Все это послужило толчком к постановке задачи энергосбережения в нашей стране и, как прямое следствие, началу переориентировки развития про­мышленности, составной и существенной частью ко­торой является промышленность строительных материалов.
       Министерства, объединения, ведущие институты начали формировать коллективы, позже перерос­шие во временные научно-производственные под­разделения, которые и были нацелены на выполнение в том числе и этих задач.

       Естественно, в стороне не осталось и Министер­ство промышленности строительных материалов Украины (МПСМ УССР), где один из таких коллек­тивов образовался при объединении УкрНИСтромпроект, в состав которого входил Государственный научно-исследовательский институт строительных материалов и изделий НИИСМИ (г. Киев), возглавляемый в то время к.т.н. с.н.с. Удачкиным Игорем Борисовичем. Именно под его руководством и при непосредственном участии получила развитие технология производства ячеистых бетонов в Украине.
       Используя свой талант организатора и руководи­теля, И.Б. Удачкин сумел объединить в коллектив про­изводственников - Шмыговского Н.Я., Заботина И.И., Назарова Т.Н.; представителей пуско-наладочных организаций - Ковальчук Ю.Г., Алексеенко А.А., Богатырева Г.М., а также молодых специалистов-аспирантов НИИСМИ - Васильева В.В., Опекунова В.В., Лаповскую С.Д., Захарченко П.В. и, конечно, мэтров - к.т.н. Нациевского Ю.Д. и к.т.н. Троцко Т.Т.

       За плечами представителей производства и науки, наладочных организаций был большой опыт по руководству и эксплуатации крупных заводов и ком­бинатов, пуску и наладке с выводом на проектную мощность производственных комплексов и комбина­тов в СССР. У коллектива молодых ученых - свежие знания, задор и огромное желание внести свой вклад в развитие промышленности.
        Прежде чем приступить к описанию принципа «баротехнологии» и соответствующего технологи­ческого оборудования, необходимо изложить причи­ны, приведшие к разработке и созданию этой технологии.
       Общеизвестно, что среди главных проблем при производстве ячеистобетонной смеси по традиционной технологии являются:
1. Практическая невозможность совмещения вре­мени окончания газообразования с моментом нача­ла схватывания смеси. Всегда процесс газообразова­ния протекает несколько дольше, т. к. в противном случае неизбежно происходит оседание массива. Это приводит к разрушению межпоровых перегородок в уже схватившемся массиве и, как следствие - ка­пиллярному подсосу и т. д., что отрицательно сказы­вается на физико-механических характеристиках материала, а также ведет к перерасходу газообразователя и ПАВ.
2. Разрушение схватившейся поризованной массы при приложении механических усилий (переме­щение форм, разгрузка, укладка и т. д.). Приготовление смеси в стационарных промышленных смесителях СМС-40, СМС-40Б, и др., вслед­ствие их конструктивных особенностей, делает невоз­можным транспортирование смеси на значительные расстояния, которые ограничиваются лишь возможностью перемещения собственно смесителя.
3. Нецелесообразность формования изделий плот­ностью ниже 400 кг/м:!, т. к. такой материал облада­ет незначительной прочностью и легко разрушает­ся в процессе транспортирования.
       Именно совокупность этих основных причин и обусловила необходимость разработки технологии, которая могла бы сочетать в себе все положитель­ные стороны материалов, получаемых по традиционной технологии, и, в свою очередь, существенно снизить, а то и вовсе исключить все выше указан­ные недостатки.

       Сама идея баротехнологии возникла при обсуж­дении тем возможных диссертационных работ у руководителя Удачкина Игоря Борисович, у аспирантов Васильева В.В. и Ковальчука Ю.Г. Для проверки идеи были изготов­лены лабораторные баросмесители объемом 6 л с го­ризонтальными и вертикальными валами и удар­ная установка.

       После получения положительных результатов в лабораторных условиях НИИСМИ необходимо было реализовать процесс получения ячеистобетонной смеси при избыточном давлении в производственных условиях. В этом неоценимую помощь оказали дирек­тор Николаевского КСИ Шмыговский Н.Я. и гл. ин­женер, позже директор комбината Заботин И.И. Ведь именно на базе их предприятия в дальнейшем были изготовлены и эксплуатировались баросмесители объемом 0,16 м3 (рис. 1), 3,2 м3, 4,5 м3, 5 м3, БГС-1-9 м3 (рис. 2), БГС-2-11 м3 (рис. 3).
       Все баросмесители, за исключением эксперимен­тального — 0,16 м3 и БГС-2, в разное время успешно эксплуатировались, а БГС-1, удостоенный премии ВДНХ УССР, стал основой линии производства из­делий, разработанной, спроектированной и смонти­рованной под руководством тех же авторов.
       Вторым по значимости шагом в работе, пока еще вне рамок утвержденной позже государственной программы «Баротехнология изделий из ячеистого бетона», было создание экспериментального баросмесителя объемом 0,16 м3.
       Для реализации всей технологической схемы была изготовлена лабораторная установка с обеспечением подачи воздуха избыточного давления от пе­редвижного компрессора.
       Экспериментальный смеситель объемом 0,16 м3 изготовлен на базе химического реактора производ­ства Фастовского завода «Красный Октябрь». Применен разработанный привод с новым перемешива­ющим валом с активными перемешивающими лопа­стями, изготовлены и установлены загрузочные и разгрузочные устройства, обеспечивающие герме­тизацию смесителя в процессе перемешивания и выг­рузки смеси, на основе пневмомеханизмов от серийно­го дозатора жидкости АВДЖ, изготовлена металло­конструкция смесителя с площадкой обслуживания, а также форма соответствующего объема.
       Для экспериментальных формовок применяли используемое на НКСИ сырье: песок местного карь­ера, известь Варваровского завода и имеющиеся б то время поверхностно-активные вещества - эмпикол, сульфонол, генопол.
       Результаты экспериментов подтвердили целесо­образность применения комплексных добавок, а так­же газопенной поризации смеси.

       Для промышленного внедрения нужно промышленное оборудования, точнее его опытно- экспериментальные образцы и, безусловно, «полигон» для испытаний. Т. к. экспериментальные формовки и большинство наработок по экспериментальной базе выполнены на НКСИ, то было принято решение промышленное внедрение проводить на том же комбинате.
       Был сооружен дозировочный узел. В качестве ем­кости для перемешивания использовали фастовские реакторы, но уже объемом 3,2 м3 и 6,3 м3. Выбор этих емкостей был не случаен. Они были рассчитаны на работу под избыточным давлением, в нужном диапа­зоне в заводских условиях обеспечена полная герметизация.
       Реактор объемом 3,2 м3, хотя и недостаточной для заполнения формы емкости, был в наличии на комбинате, соответственно на его базе и изготовлен пер­вый опытный смеситель. Он дал возможность в пол­ной мере испытать в производственных условиях большинство узлов и механизмов, примененных на смесителе объемом 6,3 м3. Т. к. баросмеситель - аппарат, работающий под избыточным давлением, то и соответственно ко всем установленным на нем орга­нам были предъявлены те же требования; примене­ны загрузочные устройства от пневмокамерных цементных насосов, разгрузочные — на базе установок СМ-550 и АВДЖ.
       Конструкции и формы смесителей были макси­мально приближены к соответствующим габаритам серийно выпускаемых смесителей СМС-40 и СМС-40Б, рассчитанных на работу с основным технологическим оборудованием данного проекта.
       Формовки, осуществленные с применением смесителя 3,2 м3 в общем подтвердили все ожидания, но использовать этот смеситель на промышленной линии не представлялось возможным, т. к. объем форм, предназначенных для работы с резательным комплексом «Универсал», составлял 5 м3,т. е. заливать форму нужно было в два приема. Именно это обстоятельство привело к принятию решения о со­здании смесителя объемом 6,3 м3.
       К разработке такого смесителя были привлечены специалисты конструкторского отдела объединения «Укрнистромпроект» под руководством Кравченко Ю.П.
       При работе с баросмесителями 3,2 м3 и 6,3 м3 был накоплен значительный опыт. По итогам формовок на этих смесителях нами был сделан вывод о неперспективности изготовления смесителей на базе хи­мических реакторов. Громоздкое и дорогостоящие оборудование сравнительно небольшой производи­тельности и очень сложное в изготовлении, по нашему мнению, было не тем направлением в реализации баротехнологии, на которое можно было бы ориентировать производство.
       К тому же необходимо отметить, что для заливки форм объемом 9 м3, имеющихся на заводе, и учиты­вая, что по баротехнологии формирование поровой структуры происходит на стадии перемешивания (до загрузки в форму), в отличие от традиционной тех­нологии, где это происходит непосредственно в форме (после разгрузки), то для заполнения формы необходим смеситель объемом не менее 9 м3, а химические реакторы такого объема по своим габаритам и массе явно не вписывались в производственные возмож­ности предприятия.
       Выбран вариант реконструкции серийного смесителя СМС-40Б, путем его дооснащения соответствующими системами.
        При этом углы подачи могли изменяться в диапазоне 360° через каждые 30°, а глубина подачи воздуха в смесь - от 50 до 500 мм. Конструкция форсунок позволяла обеспечить подвод к ним сжатого воздуха от четырех ресиверов с соответствующей аппаратурой, ко­торая обеспечивала необходимый заданный режим подачи избыточного давления в емкость смесителя.
       На этом смесителе проведены многочисленные эксперименты, которые были обработаны, а по их результатам подана заявка и получено а.с. СССР на изобретение №1263329 с приоритетом от 26 марта 1985 г. «Способ гомогенизации сухих и влажных смесей» (авторы Ковальчук Ю.Г. и Опекунов В.В.
       По результатам проведенных экспериментов сформулированы технические требования к смеси­телю следующего поколения, который получил на­звание БГС-2. В этом смесителе максималь­но учтены результаты экспериментов с применением предыдущих образцов смесителей, но самое суще­ственное его отличие - наличие восьми отражатель­ных лопастей, которые могут изменять свой угол атаки в пределах 120°. Эти лопасти соединены попарно и приводились в движения 4-мя пневмоцилиндрами. На основании результатов предыдущих эксперимен­тов, на БГС-2 установлены всего четыре регулируе­мые форсунки в наиболее оптимальном для выбран­ной конфигурации смесительной емкости месте — по периметру смесительной емкости.
       Всевозможные сочетания углов расположения и количества лопастей перемешивающего вала, углов атаки отражательных лопастей, алгоритм их пово­рота и временной интервал в сочетании с режима­ми, глубиной подачи воздуха избыточного давления в смесь и стали предметом дальнейших исследова­ний. В результате, смеситель БГС-2 был принят в промышленную эксплуатацию на действующей линии.

       Основные конструктивные решения по смесителю БГС-2 оформлены а.с. СССР №1263329 «Способ гомогенизации сухих и влажных смесей» от 26.03.1985 г. (авторы Ковальчук Ю.Г. и Опекунов В.В.), а также а.с СССР №1583301 «Смеситель» от 20.11.1987 г. (авторы Ковальчук Ю.Г. и Опекунов В.В.).
       Чтобы исключить брак продукции, а это могло быть также по причине форсированного набора проч­ности бетоном, изготовленным по новой технологии, сконструирована резательная установка под массив 9 м3. На установке можно разрезать массивы при пластической прочности бетона на момент разрезки до 900-1000 г/см2. Это стало необходимым вследствие того, что резательные органы на массивы 9 м3 были смонтированы непосредственно на бортоснастке, которая поднималась краном, т. е. процессы съема оснастки и разрезки массивов были совмещены и при резком наборе бетоном прочности большинство струн рвались.
       Разработанные технология и оборудование позволили сократить расход алюминиевого газообразователя до 30%, улучшить поровую структуру бетона, повысить его прочность и т. д. Но полностью отка­заться от применения алюминиевого газообразователя можно было лишь при обеспечении насыщения воздухом смеси в полном объеме непосредственно в смесительной емкости, а для этого нужен был сме­ситель с рекордным далее по мировым масштабам объемом смесительной камеры - 11,5 м3.
        
       К разработке и созданию смесителя такого объе­ма приступили в начале 1989 г. По нашему замыслу, в конструкции смесителя должны быть учтены все положительные конструктивные решения, нарабо­танные в предыдущих конструкциях, а также мак­симально предусмотрены все возможные варианты конструкции для реализации необходимого техноло­гического процесса.
       Смеситель БГС-3 монтировали и собирали прямо на площадке склада готовой продукции НКСИ.
       Емкость смесителя БГС-3, в отличие от БГС-2, была разборной: она состояла из верхней цилиндри­ческой части 0 3 м и высотой 1,2 м, а также нижней цилиндрическо-конической части, в которой на ци­линдрической части высотой 400 мм расположены форсунки, поворотные отражательные лопасти, в нижней конической ее части устроены 3 разгрузоч­ных клапана 0 350 мм и смонтированы механизмы привода перемешивающего вала. Этот перемешива­ющий вал должен был приводить в движения дви­гатель 45 кВт х 150 об/мин в отличие от 3В кВт х 1500 об/мин у БГС-2.
       Смеситель к марту 1990 г. был практически готов, испытан на воде, опробованы все системы и узлы в холостом режиме, но так и не был установлен на линии.

       Для создания оборудования, работающего по безавтоклавной технологии, в марте 1990 г. создана Украинская научно-техническая ассоциация «Силикат», которая позже, как учредитель, вошла в Межреспубликанскую ассоциацию «Силикат» (г. Минск), а в 1995 г., с возрождением Академии стро­ительства Украины, реорганизована в Украинский национальный научно-производственный концерн «Институт поризованных бетонов» Академии строительства Украины {концерн «Силикат»).
       В рамках Ассоциации проведены масштабные работы по разработке комплекса «Конрекс 90/120»; реконструкции заводов силикатного кирпича с организацией на них производства изделий из ячеи­стого бетона; доработки серийно выпускаемого обору­дования, в частности, резательного комплекса «Универсал» на Обуховском заводе пористых бетонов и т. д.
       Эти все работы производились по оборудованию заводов, выпускающих изделия из ячеистого бетона автоклавного твердения, но постепенно все усилия коллектива Концерна были направлены на разработ­ку и изготовление оборудования, работающего по безавтоклавной технологии.

       Еще в начале 80-х годов прошлого столетия у вышеупомянутого коллектива была сформирована задача о необходимости создания компактной мобиль­ной линии оборудования, которое могло бы быть установлено на небольших площадях, в том числе и непосредственно на стройплощадках, было бы про­сто в обслуживании и могло бы за счет своей мобиль­ности использоваться по различному назначению: от занятия высвободившейся рабочей силы в колхозах в зимнее время, включая изготовление строительных материалов для постройки коров­ников, хозпостроек, а также коттеджей собственны­ми силами до заливки с целью утепления полов, крыш, колодезной кладки, опалубки и т. д. непосредственно на этапе строительства объектов.
       Это, безусловно, имеет свои колоссальные пре­имущества. Ведь известно, что перевозить изделия низкой плотности (утеплители) экономически неце­лесообразно. Такие изделия подвергнуты большому риску повреждения при транспортировке, что, в свою очередь, требует специальной упаковки, кон­тейнеров и т. д., а это удорожает материалы, вклю­чая расходы на доставку. Мало того, производимый на больших предприятиях теплоизоляционный и конструкционно-теплоизоляционный ячеистый бетон значительно ухудшает свои свойства в строении при укладке этих изделий на цементный раствор, обуславливающий образование так называемых «мостиков холода» по швам.
       Этого недостатка напрочь избавлена технология монолитного пенобетона, произведенного на специ­ально разработанных мобильных мини-установках, работающих по баротехнологии.

       По принципам, описанным в вышеуказанных ав­торских свидетельствах, а в основном по а. с. СССР №1583301 «Смеситель», концерном «Силикат» раз­работано семейство мини-установок типа УПС объе­мом от 0,22 до 0,27 м3, а также полустационарную установку ПБС-0,5 объемом 0,65 м3, серийный вы­пуск которых налажен концерном «Силикат» на спе­циализированных предприятиях.
       Разработанное мини-оборудование дает возмож­ность приготавливать смесь плотностью 250—1000 кг/м3, транспортировать вышеуказанную смесь на расстоя­ние до 40 м по горизонтали и до 10 м по вертикали.
        При своей массе до 350 кг установки можно легко перемещать, что дает возможность осуществлять за­ливку опалубки и колодезной кладки на вышеука­занных расстояниях, таким образом решая проблему «теплого» монолитного утепления крыш, полов, потолков, стен и т. д.
       Наряду с разработкой конструкции оборудования, концерн «Силикат» в сотрудничестве с Государствен­ным НИИ вяжущих веществ и материалов им. В. Д. Глуховского КНУСА ведет разработку новых направлений вышеуказанной технологии. Так, получены образцы жаростойкого ячеистого бетона, а также, пенобетона повышенной прочности (в 2 раза превышающие прочностные показатели, представленные ДСТУ), разработана технология теплого пола с нанесением упрочняющего самовыравнивающегося покрытия и т. д.
       Конструкция и технология посто­янно совершенствуются, и хочется ве­рить, что в ближайшее время мы сможем внедрить эту прогрессивную энергосбе­регающую технологию на большинстве стройплощадок Украины

Авторы:
Ковальчук Ю.Г. - академик Академии строительства Украины, президент;
Крупченко О.О. - технический директор  концерна "Силикат", г. Киев

Источник: 
Киев, "Строительные материалы и изделия",  №3 (31),  2005г., 16 февраля