Автоклавный газобетон – история и производство

Версия для печатиPDF-версия
Рейтинг: 
Голосов еще нет
Автоклавный газобетон приобретает все большую популярность в последнее время. Наверняка многих интересует, откуда появился такой уникальный строительный материал и что же он из себя представляет.

 

 

«Живой» бетон

 

Человечество пыталось применить легкие заполнители и пенообразователи для облегчения материалов каменной кладки стен еще со времен Римской империи. Так появился прообраз того материала, который сейчас называется ячеистым бетоном. Сначала был изобретен старинный ретро-вид. Идея его получения принадлежит древним зодчим, далеким от современных строительных технологий. Именно они решили добавлять яичный белок в раствор, при помощи которого осуществлялась кирпичная кладка. 

 

Еще много столетий назад в эффективные кладочные растворы вместо пенообразователя вводили кровь домашнего скота, которая предварительно высушивалась. А результат такого строительства можно видеть и сегодня.

 

В европейских странах до сих пор сохранились древние строения, при создании которых использовался подобный кладочный раствор. Это замки, храмы, фортификации, стены укреплений. Такие сооружения разрушить непросто, даже если применяется современная строительная техника. А животный белок применяется на заводах пищевой промышленности в качестве наиболее эффективного пенообразователя.

 

Но это был еще не газобетон. С ним все гораздо сложнее. Потому что газобетон, в отличие от стеновых материалов из легких агрегатных смесей или вспененных материалов, получается при реакции щелочного связующего (известь и цемент) с кислотой. Так выделяются газы, пузырьки которых и застывают в материале. Естественно, что такую реакцию провести сложнее, а уж технологический процесс изобрести – тем более.

 

 

Эра экспериментов

Первый патент на производство газобетона, полученного в результате реакции между соляной кислотой и щелочной основой известняка, был получен Э. Гофманом в Чехии в 1889 году. В 1914 году в США Айлисворт и Дайер впервые использовали порошок алюминия и гидроксид кальция в качестве аэрационных агентов при производстве ячеистого бетона. В 1917 году был зарегистрирован голландский патент на использование дрожжей в качестве разрыхлителя для ячеистых бетонов. Более поздние патенты на производство ячеистого бетона использовали реакции между цинковой пылью и щелочью цементной смеси, перекиси водорода, натрия или гипохлорита кальция. Использование металлических порошков в качестве водородообразующих агентов получило развитие в 1919 году в Берлине. Компания «Гроза» использовала алюминиевый порошок для управляемой аэрации бетона с образованием пузырьков водорода определенного размера.

 

Не смотря на то, что почти всем изобретателям удалось получить облегченную ячеистую структуру бетона, большинство из полученных материалов отличались низкой прочностью на сжатие, повышенной ломкостью и, как правило, оказались непригодны для использования в качестве конструкционного строительного материала.

 

Первый автоклавный газобетон

Первый автоклавный газобетон был получен в результате экспериментов в 1924 году шведским архитектором Йоханом Акселем Эрикссоном (1888-1961), работавшим совместно с профессором Хенриком Крюгером на кафедре гражданского строительства Королевского технологического института в Стокгольме. Открытие нового материала было совершено почти случайно.

 

 

Доцент Эрикссон работал над различными образцами ячеистых бетонов. Однажды из-за недостатка времени он решил ускорить процесс отвердения пористой массы из сланцевого известняка (шифера), воды и алюминиевой пудры, поместив образец в лабораторный автоклав. Когда наутро доцент Эрикссон достал образец ячеистого бетона из автоклава и исследовал, оказалось, что полученный материал обладает высокой прочностью и имеет отличную от неавтоклавного пенобетона кристаллическую структуру. Под воздействием высокой температуры и высокого давления пара компоненты кремния и извести образовали силикогидрат кальция, подобный по структуре вулканической породе под названием тоберморит. Этот минерал получил название по имени местечка Тобермори на шотландском острове Малл, где он был впервые обнаружен.

 

Дальнейшие исследования показали, что именно тоберморитовая структура определяет все высокие физические характеристики автоклавного газобетона. При современном производстве автоклавного газобетона стремятся производить материал с кристаллическими пластинами тоберморита размером 11 ангстрем. Эрикссон запатентовал газобетон (пористый бетон) и к 1929 году, найдя инвестора для строительства завода в лице Карла Августа Карлена, наладил его промышленное производство в шведском городе H?llabrottet. Компания получила название «Y-tong (Итонг)» как аббревиатура от названия города Yxhult (Иксхульт) – города владельца компании и места ее регистрации, и шведского слова бетон. С тех пор название «Итонг» означает «прочный автоклавный ячеистый бетон из Иксхульта».

 

Также автоклавный газобетон стали называть «теплыми камнями» из-за хороших показателей сопротивления материала теплопередаче. В 1940-х годах название «Итонг» было зарегистрировано как товарный знак для автоклавного газобетона. Автоклавный газобетон «Итонг» часто называли «голубым бетоном» из-за специфического оттенка этого материала. Этот вариант газобетона «Итонг» получали из квасцов горючих сланцев с высоким содержанием углерода, что было выгодно при производстве (использование в качестве топлива при обжиге извести). Однако оказалось, что горючие сланцы содержат включения урана, который выделятся при распаде из газобетонных блоков в виде радиоактивного газа радона. В 1972 году комитет по радиационной безопасности Швеции указал на непригодность использования радоносодержащих строительных материалов на основе горючих сланцев. В 1975 году использование урансодержащих сланцев при производстве газобетона было прекращено.

 

Нет предела совершенству

С 1975 года при производстве газобетона используется только сырье без содержания урана. Еще в начале 1930-х годов был подготовлен проект использования смеси цемента и песка в качестве исходного материала для производства газобетона. Этот метод применялся компанией «Siporex». В послевоенные годы состав смеси был усовершенствован в Германии: немцы использовали смесь извести и измельченного кварца с алюминиевым порошком для производства кальциево-силикатного автоклавного газобетона (бренды «Hebel» и «Ytong»). В Великобритании и в странах Восточной Европы в состав смеси для производства автоклавного газобетона стали вводить золу, что позволило добиться еще большей прочности получаемой тоберморитовой кристаллической структуры материала (бренды «H+H», «Spirox», «Celcon»).

 

На потоке

В 1939 году коммерческий выпуск автоклавного газобетона был налажен в континентальной Европе. В том же году были построены газобетонные дома в Риге из блоков высокой плотности, сохранившиеся без какой либо переделки до наших дней. В Германии в 1943 году в разгар Второй мировой войны Йозеф Хебель приобрел технологию для изготовления автоклавного газобетона, который он стал производить на бывшем заводе для производства силикатного кирпича под Мюнхеном, уже оборудованном большими автоклавами. Он впервые применил струнную резку для изготовления высокоточных газобетонных блоков. Также им был значительно механизировано производство газобетонных блоков с использованием машин для подъема, нарезки продукции и ее упаковки. В 1945 году головной офис компании Хебеля в городе Мюнхен был полностью разрушен в один из последних налетов авиации союзников. Возобновить производство газобетона «Хебель» удалось лишь в 1948 году. После Второй мировой войны большая часть послевоенной Германии была восстановлена с использованием именно автоклавных газобетонных блоков «Хебель».

 

В 1950-е годы в СССР было построено около 80 заводов по производству автоклавного газобетона, который у нас носил название «газосиликат». В 1960-х годах в СССР были развернуты газобетонные заводы польского производства. С 1959 года в Ленинграде начали применять газобетон для массового жилищного строительства (плотностью 600 кг/м3 для наружных панелей и 1000 кг/м3 для внутренних панелей). Всего было построено более 15 миллионов квадратных метров жилья. Из газобетона построены многие «сталинские» дома, первые «хрущевки». Наружные панели многоквартирных «брежневок», «кораблей» (серия ЛГ-600, усовершенствованная серия 600.11), домов 137-й «ГБ» серии также представляют собой газобетонные панели. К настоящему времени в Санкт-Петербурге построено около 30 миллионов квадратных метров жилья из газобетона, что составляет 25% всего жилого фонда города.

 

В 1960-х газобетон появился в Азии, а в 1970-х в Северной Америке. На сегодняшний день в Европейском союзе до 40% всех конструкций зданий строится из автоклавного газобетона. В Германии до 60% новых конструкций построены из газобетона. В Японии до 80% строений возводится из автоклавного газобетона. Широко распространен автоклавный газобетон в Канаде и в Мексике.

 

Основные отличия производства автоклавного газобетона от обычного тяжелого бетона

 

Производство автоклавного газобетона значительно отличается от изготовления изделий или конструкций из обычного бетона, как тяжелого, так и легкого. Существенные отличия заключаются как в способе производства, так и в составе конечного продукта.

 

Тяжелый бетон обычно представляет собой смесь цемента (часто с примесью золы) и воды, с мелкими и крупными инертными заполнителями (песок и щебень). Бетон набирает прочность с образованием цементного камня при гидратации цемента. Половину своей окончательной прочности бетон набирает через 2-7 суток и окончательный набор прочности тяжелым бетоном происходит на отметке около одного месяца (в зависимости от температурно-влажностных условий).

 

В отличие от тяжелого бетона, автоклавный газобетон имеет гораздо меньшую плотность. Благодаря автоклавной обработке при производстве газобетона при повышенной влажности, температуре и давлении химические реакции гидратации цемента успевают завершиться к концу автоклавирования газобетона. Кроме того, при производстве газобетона в условиях автоклава протекают специфические реакции образования высокопрочных микрокристаллических структур (тоберморита), которые практически не образуются в условиях атмосферного твердения. Поэтому, когда блоки или панели газобетона извлекают из автоклава и охлаждают – они практически готовы к использованию. Фактически 28-суточная прочность бетона может быть достигнута за 24 ч автоклавирования или даже меньший период времени.

 

В отличие от тяжелого бетона автоклавный газобетон практически однороден, его структура содержит лишь единичные микроскопические остатки (менее 50 мкм) непрореагироваших в процессе производства газобетона веществ (силикаты или алюминаты – в зависимости от состава). Все основные компоненты смеси при производстве автоклавного газобетона являются участниками химических реакций – даже мелкие инетрные при обычных условиях заполнители, такие как песок и зола. Песок, всегда остающийся инертным при производстве обычного тяжелого бетона, принимает участие в химических реакциях образования газобетона из-за высокой температуры и давления при автоклавировании. Важно, что при автоклавировании достигаются улучшенные показатели бетона: повышенное сопротивление бетона сульфатной агрессии к другим формам химического воздействия, к циклам замораживания и оттаивания. Автоклавный бетон характеризуется низкой усадкой и пониженной влагопередачей.

 

Технологические стадии производства автоклавного газобетона

 

На первой стадии производства автоклавного газобетона смешиваются цемент, известь, песок (условно-усредненный состав) и газообразующее вещество (например, мелкодисперсный порошок алюминия) с добавлением воды и образованием суспензии. Также добавляется небольшое количество гипса для предупреждения немедленного загустевания смеси (ложного схватывания). Желаемая конченая плотность газобетонного блока зависит от количества газообразователя, который будет влиять на степень пористости газобетона.

 

На второй стадии производства газобетона полученную суспензию разливают в крупные формы, которые напоминают небольшие железнодорожные вагоны с откидывающимися стенками. На этой стадии производства газобетона в течение нескольких часов протекает реакция гидратации цемента с образованием гидросиликата кальция и алюминатной кристаллической структуры.

 

Бетонная смесь постепенно загустевает (схватывается), при этом «поднимаясь» в форме как тесто для пирога из-за выделения в результате химических реакций алюминия с щелочами газообразного водорода. Эти пузырьки газа начинают создавать газовые поры в застывающей суспензии газобетона. Реакции даже на этой стадии протекают достаточно быстро из-за повышения температуры смеси при протекании реакций гидратаций с выделением тепла.

 

На следующей стадии производства газобетона, через несколько часов, когда бетонная смесь увеличилась в объеме до определенной высоты в формах и достаточно сильно схватилась, формы движутся к проволочному резаку и нарезается на блоки необходимого размера. На этапе нарезки блоки еще мягкие и легко обрабатываются, но в то же время уже достаточно жесткие, чтобы сохранять форму после нарезки.

 

На следующем этапе производства газобетона блоки загружаются в автоклав. Рабочая температура и давление автоклавирования достигаются за несколько часов, и затем блоки пропариваются в течение 8-10 или более часов (зависит от конкретной технологии и требуемой прочности газобетона). Главной особенностью химических реакций, протекающих при автоклавировании, является образование в структуре цементного камня микрокристаллического тоберморита. Именно высокопрочная кристаллическая структура определяет высокие показатели автоклавного газобетона.

 

Во время неавтоклавной стадии схватывания бетонной смеси при нормальной температуре и атмосферном давлении цемент в воде подвергается гидратации с образованием продуктов, аналогичных продуктам гидратации при производстве тяжелого бетона или неавтоклавного пенобетона. Неавтоклавный гозобетон менее прочный в сравнении с автоклавным и может давать большую усадку при эксплуатации, потому что на фазе автоклавирования при производстве газобетона основным конечным продуктом является тоберморит, а он обладает большей плотностью, не стареет со временем и не дает усадки при нагревании даже до 300°С из-за того, что обладает двойными силикатными связями в своей структуре.

 

Через несколько часов после начала автоклавирования по мере набора рабочей температуры и давления в бетонной смеси песок постепенно вступает в химические реакции и обычные продукты гидратации цемента исчезают.

 

Виды тоберморита могут отличаться по своим свойствам. «Нормальный» 1,1 нм тоберморит, образующийся в автоклавном ячеистом бетоне, производимом из цемента, извести и песка, подвержен небольшой усадке. Кристаллическая структура тоберморита, образующегося при производстве автоклавного ячеистого бетона производимого из смеси цемента, извести и золы практически не подвержена усадке, и такой тоберморит называется «аномальным». В конченом продукте всегда содержатся различные пропорции «нормального» и «аномального» тоберморита. Доля образовавшегося тоберморита и количество остаточных непрореагировавших веществ зависит от продолжительности и условий автоклавирования.

 

Теперь, зная историю изобретения и усовершенствования технологии производства автоклавного газобетона и некоторые подробности самой этой технологии, вы можете понять, откуда берутся его основные достоинства, а именно:

  • он имеет невысокую стоимость в сравнении с другими материалами;
  • обеспечивает хорошую теплоизоляцию.
  • обладает хорошей звукоизоляцией,
  • отличается морозостойкостью,
  • технологичен в строительстве,
  • пожаробезопасен,
  • экологически безопасен,
  • легко обрабатывается,
  • позволяет производить блоки идеальной геометрии,
  • требует минимум трудозатрат при отделке,
  • предоставляет широкие возможности архитекторам и дизайнерам для воплощения их замыслов,
  • обеспечивает экономию средств на отопление дома.

 

Именно поэтому этот материал, созданный еще в начале прошлого века, пользуется популярностью во всем мире.

 

"Правила строительства", №46/1,  июль 2014

Правообладателем всех материалов сайта является ООО «Правила строительства». Полная или частичная перепечатка материалов в любых источниках запрещена.

Подписаться на электронный справочник

Еще на эту тему

К сожалению, в выбранной вами категории пока нет материалов.