В настоящее время требования к теплозащитным свойствам ограждающих конструкций, как известно, значительно повысились. Они должны сберегать максимум тепла в жилых и административных зданиях. Эти условия способны выполнять изделия и конструктивные элементы из пенобетона. Группе ученых и специалистов отраслевой строительной науки за разработку и промышленное освоение производства энергоэкономичных стеновых и теплоизоляционных материалов нового поколения, в том числе и пенобетона, присуждена премия Правительства Российской Федерации в области науки и техники.

Так что же нового внесли ученые и практики в изготовление давно известного пенобетона?

Во-первых, ввели отечественную баротехнологию. Принципиальное отличие ее от зарубежной в том, что в нее введены «этапы» перемешивания пеномассы под избыточным давлением с последующей транспортировкой бетона-полуфабриката к месту строительных работ. То есть сконструированный растворопровод способен «прогонять» пенобетонную массу на расстояние до 10 метров в высоту, а по горизонтали — до 30 метров. В новой технологии герметичный смеситель на втором этапе используется как камерный насос. Основной объем пор, как известно, образуется в момент выхода пеномассы из растворопровода через гаситель, так исключена механическая порча пузырьков пены при транспортировке сырого пенобетона. А это очень важно, поскольку от наличия пенопузырьков зависит плотность бетона, его легкость, прочность.

Во-вторых, применили российские пенообразователи. Специалисты отказались от импортного органического протеина, который использовался в качестве пеноконцентрата. Это дорогой препарат. Стали использовать синтетические, причем экологически чистые (отечественные) пенообразователи класса «Морпен», ДОС и СДО с их вакационной модификацией (обогащением за счет ввода малой дозы добавок — модификаторов). Они намного дешевле, к примеру, немецких аналогов, к тому же недефицитны. Их в избытке производят химические предприятия Российской Федерации. Все три типа пеноконцентратов в баротехнологии взаимозаменяемы.

В третьих, разработана новая конструкция стен с несъемной опалубкой из монолитного пенобетона марок плотности D 1300 — D 1600. Он выполняет несущие, декоративные и пародренажные функции, предотвращая потерю устойчивости опалубки при вертикальном нагружении на нее перекрытий.

Внутренний и наружный слои опалубки соединены металлическими связями, воспринимающими распорные усилия. Такие стены просты в изготовлении, обладают всеми достоинствами пенобетонов: долговечностью, морозостойкостью, легкостью, экологичностью. Под Санкт-Петербургом строится целый поселок из коттеджей со стенами такого типа.

В-четвертых, в изготовлении пенобетона используются энергоэкономичные процессы: механохимическая активация сырьевых компонентов в специально созданных стержневых смесителях. По­этому стоимость изделий, например, стеновых конструктивно-теплоизоляционных блоков из пенобетона плотностью 500-700 гк/м3 в 1,5-2 раза ниже, чем стоимость таких же блоков из ячеистого газобетона.

В процессе его производства легко удается задавать плотность путем изменения количества пенообразователя. Возможно получение изделий плотностью от 80-100 кг/м3 до самых предельных значений легкого бетона — 1200-1400 кг/см3.

Для заданной плотности пенобетон по сравнению с другими легкими бетонами имеет более высокие значения теплозащитных свойств. Благодаря закрытой структуре пористости по сравнению, например, с ячеистым газобетоном пенобетон обладает пониженным водопоглощением и соответственно при одинаковых значениях плотности более высоким свойством теплозащиты.

Практика показывает, что наружные стены, выполненные из пенобетона плотностью 600-800 кг/м3, могут эксплуатироваться без специального защитного слоя. При этом для придания стене архитектурной выразительности достаточно применения фасадной краски. Кроме перечисленных преимуществ, пенобетон также обладает высокой противопожарной устойчивостью, материал не токсичен, экологически чист. Пористая структура материала позволяет легко его пилить, обтачивать, забивать гвозди.

Серьезную и долгую борьбу вели ученые с усадкой пенобетона. Согласно ГОСТ 25485-89 «Бетоны ячеистые. Технические условия», усадка не должна превышать 3 миллиметров на метр квадратный. Не всегда удавалось соблюдать эти требования. Многое зависело от цементных композиций, процесса управляемости усадкой. Ученые разделили ее на две составляющие: первая — усадка, обусловленная давлением воды в капиллярах цементного камня при ее испарении. Вторая — усадка, совершаемая под действием физико-химической контракции.

Для понимания причин усадки неавтоклавного пенобетона пришлось разделить процесс еще на три стадии. На первой — клинкерные минералы после контакта с водой интенсивно диспергируются, образуя цементный гель. На второй стадии гель пресыщается, и в нем начинают выкристаллизовываться новообразования. При этом объем кристаллов в 2,2 раза меньше объема геля. Процесс сопровождается образованием контракционных пустот (пор), а сам процесс называется контракцией. Третья стадия — гидросульфоалюминаты кальция как добавка-модификатор сосредоточиваются на поверхности стенок новообразований в контракционных порах.

Гидросульфоалюминаты кальция после гидролиза интенсивно гидратируют с образованием игольчатых кристаллов, наиболее характерным из которых является эттрингит. Игольчатые кристаллы, заполнившие контракционные поры, сопротивляются усадке цементного камня в момент его перехода из пластичного в упругое состояние.

А все дело в интенсивном начальном кристаллизационном заполнении в период гидратации наиболее значительных по объему и интенсивно влияющих на усадку пенобетона контракционных пор. Экспериментально подтверждено эффективное влияние алюминатов кальция (добавок модификаторов), к которым относятся: глиноземистый и напрягающий цементы, а также тонкомолотое вяжущее вещество на основе глиноземистого шлака и сульфат иона, выпускаемое под названием «Алак».

Объектами исследования малоусадочных добавок для неавтоклавного пенобетона являлись сульфаалюминатные композиции. В таблице показано влияние добавки типа «Алак» на снижение усадки пенобетона. Добавка имеет эффект, аналогичный глиноземистым цементам.

Приведенные данные, конечно же, не исчерпывают всех способов компенсации усадки, лишь показывают наиболее реальное техническое направление.

Важно отметить и то, что завершены научно-исследовательские работы, которые вносят в технологию производства пенобетона необычное новшество. Я веду речь о применении горелых песков в качестве добавки в его изготовлении. Пенобетон нисколько не теряет своих высоких прочностных и теплоизоляционных качеств. Технология, по утверждению многих ученых, не имеет аналогов ни в нашей стране, ни за рубежом. Она позволяет в два раза экономить цемент, электроэнергию, топливо, финансы. Горелые пески как компонент пенобетона не уступают природным. Но самое основное — они намного снижают себестоимость пенобетона.

Ученые, да и многие практики знают, что в пенобетоне основной структурный элемент — воздух. Он в замкнутом малом объеме — лучший теплоизолятор. А пенобетон по всем признакам является классическим воздухонаполненным материалом, в котором воздух занимает от 40 до 95 процентов объема. По классификации ГОСТ 25485-89 к теплоизоляционным пенобетонам относят материалы со средней плотностью от 300 до 500 кг/м3 и соответственно теплопроводностью 0,08-0,12 Вт/(м»К). В научной среде появилась информация о получении пенобетона плотностью 120-150 кг/м3, но серийного производства такого материала в стройиндустрии пока нет. Однако получить подобный продукт технически можно путем существенной модификации процедуры приготовления сырьевой смеси. Законы строительного материаловедения требуют создания однородной модифицированной сухой смеси специального назначения.

К сожалению, до 60 процентов таких смесей экспортируются из европейских стран, а отечественные вырабатываются с применением импортных концентратов. Концентраты — это комплексные органо-минеральные добавки, представляющие собой смесь химически активных веществ, способных упрочнить и пластифицировать раствор, обеспечить компенсацию усадки раствора и бетона. Мы предлагаем получать качественную сухую смесь для производства нового вида теплоизоляционного пенобетона теплопроводностью 0,6 Вт/м«К, плотностью от 150 кг/м3. В качестве модифицирующей добавки можно использовать отечественные активные компоненты. Есть линии по выпуску пенобетонных изделий, которые отличаются новизной, содержат современные технические решения по изготовлению пенобетона с низкой теплопроводностью и высокой архитектурно-декоративной поверхностью стен жилых и общественных зданий. Одна из таких разработок отражена в новом патенте РФ (от 14 января 2002 года). Патент раскрывает способ теплоизоляции и облицовки поверхности стен пенобетоном и пенобетонными декоративными плитками. Теплоизоляция и облицовка поверхности стен заключается в укладке плитки и фиксации деталей крепления одним концом за арматурную сетку, установленную на стене. Заполнение образующегося пространства между поверхностями стены и платками производится пластичной теплоизоляционной пенобетонной смесью. При этом в пенобетоне предусматриваются вертикальные вентиляционные каналы. Объемно-окрашенные морозостойкие плитки выполнены с пазогребневой конструкцией торцов и изготовлены из пенобетонной массы такого состава сухой смеси: портландцемент — 20-70 процентов; глиноземистый цемент — 5-7, микрокремнезем — 2-4; пенообразователь — 0,1-0,25; пигмент — 2,0-3,75; заполнитель — 70 процентов. Надо сказать и о возможности пенобетона совмещать функции теплоизоляции стен домов и архитектурной облицовки. В основном она предназначена для реконструкции (санации) старых зданий и строительства новых. Что это дает? Во-первых, радикально улучшаются теплосопротивление и архитектурная выра­зительность старых зданий в процессе их санации и реконструкции. Во-вторых, строительство новых зданий в 2-3 раза превышает требование норм, утвержденных Госстроем РФ по теплосопротивлению. 8 результате экономия теплоэнергии на эксплуатацию помещений составляет 35-60 кг условного топлива на один квадратный метр стены в год.

В прошлом году создана новая технологическая линия по производству пенобетонных изделий и бортоснастка для них. Новшество запатентовано, оно включает в себя расположенные в технологической последовательности расходные емкости для сыпучих сырьевых материалов, емкость для водного раствора пенообразователя, дозаторы для сыпучих и жидких компонентов пенобетонной смеси, пенобетоносмеситель, компрессор, устройство для заполнения бортоснастки пенобетонной массой и бортоснастки с системой разделения пластичного пенобетона на изделия. При этом компрессор подсоединен к герметичному турбулентному пенобетоносмесителю посредством обратного клапана, который выполняет функции смесителя и одновременно используется в технологической линии как пеногенератор и пневмонагнетатель, подающий пеномассу в бортоснастку по растворопроводу. Важный элемент новой линии — наличие на выходе из растворопровода кавитатора диафрагменного типа. Кавитатор — это устройство, способное не только транспортировать пеномассу, но и регулировать заданную плотность пенобетона.

Предусматривается создание новой импортозаменяющей технологии производства сухой смеси для выработки силикатных теплоизоляционных материалов плотностью 150-400 кг/м3 и теплопроводностью 0,06-0,11 Вт (м«К). После затворения смеси водным раствором пенообразователя они дают текучий, но не расслаивающийся раствор с компенсированной усадкой.

Сегодня задача состоит в четком и высококвалифицированном выполнении научно-исследовательских работ, направленных на определение технологических приоритетов совместимости разнородных по плотности и проницаемости материалов, их долговечной совместной службы в стенах зданий с повышенной архитектурной выразительностью. Достижение этого позволит широко применять новую технологию на объектах. При этом создаются варианты технологических линий для различных климатических районов России. Проект, который объединяет новую линию по производству пенобетона, разработку сухих теплоизоляционных смесей и пенобетонных изделий нового поколения, вбирает в себя все лучшее, что имеется в сегодняшнем строительстве.