Консультации строителя онлайн.


Производство автоклавного газобетона.

Производство автоклавного газобетона.

Основные отличия производства автоклавного газобетона от обычного тяжелого бетона.
Производство автоклавного газобетона довольно сильно отличается от изготовления изделий или конструкций из обычного тяжелого (или легкого) бетона. Существенные отличия находятся 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 марочной 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 ухода за бетоном).

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 при образовании цементного камня газобетона протекают специфические реакции образования высокопрочных микрокристаллических структур (тоберморита 1), которые мало характерны для образования цементного камня 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 гомогенен в массе: его структура содержит лишь единичные микроскопические остатки (менее 50 мкм) непрореагироваших в процессе производства газобетона веществ (силикаты или алюминаты – в зависимости от состава).   Все же основные компоненты смеси для производства автоклавного газобетона являются участниками химических реакций – даже мелкие инетрные при обычных условиях заполнители (песок, 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.  

Схема основных этапов производства автоклавного газобетона

производство 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 2 с образованием гидросиликата кальция и алюминатной кристаллической структуры эттрингита 3 и /или моносульфата кальция и алюминия. 
Бетонная смесь постепенно загустевает (схватывается), при этом «поднимаясь» в форме как пирог, 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 повреждаются, но в тоже 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 конкретного производителя и требуемой прочности газобетона).  Главной особенностью химических реакций, протекающих при автоклавировании, является образование в структуре цементного камня микрокристаллического 1,1 нм тоберморита. Именно  высокопрочная кристаллическая структура определяет  высокие показатели автоклавного газобетона при кажущейся «легковесности» и «непрочности».

Во время неавтоклавной стадии схватывания бетонной смеси при нормальной температуре и атмосферном давлении цемент в воде подвергается гидратации с образованием продуктов идентичных продуктам гидратации при производстве тяжелого бетона или неавтоклавного пенобетона:  гидросиликата кальция, гидроксида кальция, эттрингита и / или моносульфата. На фазе автоклавирования при производстве газобетона основным конечным продуктом является тоберморит. Однако небольшое количество других гидратных фаз также будет присутствовать в готовом газобетоне. Также часть гидратных фаз образуется в виде промежуточных продуктов протекающих реакции при автоклавировании, в основном в кристаллической форме - CSH(l). Этот гидрат имеет слоистую структуру, аналогичную структуре некоторых глинистых минералов, таких как монтмориллонит и галлуазит. При соотношении кальция и кремния 0,8 до 1,0 образуется 1,4 нм нестойкий тоберморит (C5S6H9). Но уже при 55°С  1,4 нм тоберморит  превращается в 1,1 нм тоберморит (C5S6H5).   1,1 нм тоберморит  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: гидроксид кальция из извести и от гидратации цемента постепенно расходуется вступая в реакцию с доксидом кремния из песка, формируя  главное промежуточное соединение - гидросиликат кальция CSH (I). При продолжении обработки газобетона в автоклаве из гидросиликата кальция CSH (I) образуется 1,4 нм тоберморит, разлагающийся до 1,1 нм тоберморита. При этом общая доля гидросиликата кальция CSH (I) снижается, а количество 1,1 нм тоберморита постепенно увеличивается.
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.

Итак, конечными продуктами автоклавирования газобетона главным образом являются:

  • 1.1 нм тоберморит
  • Остаточное количество гидросиликата кальция C-S-H (I)
  • Гидрогранаты
  • Остатки непрореагировавшего песка
  • Остатки гидроксида кальция и следы других веществ.

Доля образовавшегося тоберморита и количество остаточных непрореагировавших веществ зависит от продолжительности и условий автоклавирования. 

После извлечения из автоклава газобетонные блоки остывают и упаковываются в полиэтиленовую пленку для хранения или транспортировки.

 
1 Гидросиликат кальция C5S6H5 называют тоберморитом кальция из-за структурного сходства с встречающимся в природе минералом тоберморитом (пластинки оксида кальция с силикатными связями). При обычной гидратации цемента образуются низкоосновные гиросиликаты C3S2H3
2 Реакции гидратации: C3S : 2C3S + 6H->C3S2H3 + ЗСа(ОН)2 и C2S : 2C2S+4H—>C3S2H3+Ca(OH)2
3 Эттрингит - водный сульфат Ca и Al  Са6[Al(OН)6]2×24H2O×[(SO4)3×2H2O] или СaO·Al2O3×3CaSO4×32H2O