Производство и применение пеногипсовых материалов

Б.М. Румянцев, доктор техн. наук, профессор
Д.С. Критарасов, науч. сотрудник МГСУ

Попытки поризации гипсовых материалов издавна привлекали ученых и производителей строительных материалов из-за доступности вяжущего, его технологичности, экологической чистоты, низких энергозатрат при производстве и целого ряда других положительных качеств. Эти попытки не нашли практического применения из-за коротких сроков схватывания гипсового вяжущего, технологических трудностей регулирования структуры материала, большой вероятности образования различных дефектов. Так, основные приемы поризации материалов на основе минеральных вяжущих (пено- и газообразование) не дают положительных результатов из-за трудностей, связанных с согласованием времени перемешивания пены или газообразования со сроками схватывания гипса.

Возможность производства поризованных гипсовых материалов появилась после разработки в МГСУ (МИСИ) технологии сухой минерализации пены [1, 2]. Суть технологии предельно проста: из раствора поверхностно-активных веществ (ПАВ) непрерывным способом изготавливается пена необходимой кратности, которая минерализуется путем посыпки порошком гипсового вяжущего при одновременном перемешивании. Гипсовое вяжущее, попадая в жидкую фазу, переводит пену из жидкой в вязкотекучую пеномассу. Длительность процесса составляет не более 1 минуты. Готовая пеномасса непрерывно подается на заливку в формы или на конвейер, где и происходит ее схватывание. Данная технология является единственной, обеспечивающей получение пеногипсовых изделий широкой номенклатуры и различной плотности. Уникальность технологии заключается в том, что структура материала закладывается на стадии получения пены, показатели которой легко регулируются за счет изменения концентрации ПАВ, кратности пены, вида пеногенератора и условий минерализации. Так изменение соотношения скоростей пенообразования и минерализации позволяет получить структуру пеногипса с замкнутыми порами, что желательно для теплоизоляционных материалов, или с сообщающимися порами, что необходимо для звукопоглощающих материалов.

В настоящее время существует два пути реализации технологии сухой минерализации пены при получении пеногипса:
- производство стеновых блоков и перегородочных плит;
- производство отделочных звукопоглощающих материалов для подвесных потолков.
Применение данной технологии в монолитном строительстве возможно, но требует дополнительной отработки составов и оборудования, исключающих схватывание пеногипса в процессе приготовления и транспортировки. В настоящее время поризованные гипсовые блоки и плиты, изготавливаемые в соответствии с ТУ-5742-021-01667404-01, предназначены для самонесущих внутренних стен и перегородок с сухим и нормальным режимом помещений, а также при устройстве наружных стен в качестве теплозащитного слоя, защищенного от прямого попадания влаги.

Стена, выполненная из пеногипсовых блоков, защищенных кирпичной кладкой в 0,5 кирпича, имеет термическое сопротивление 2,18 Вт/(м·°С) и 3,3 Вт/(м·°С) при толщине пеногипса, соответственно, 20 и 40 см.

При производстве пеногипсовых блоков и плит используется гипсовое вяжущее марки не ниже Г-4 с нормальными сроками схватывания. Для сокращения расхода вяжущего и регулирования конечных показателей продукции возможно применение мелких фракций легких заполнителей, например силикомарганцевого шлака с насыпной плотностью до 300 кг/м³.

В качестве пенообразователей при производстве пеногипсовых материалов используются синтетические ПАВ, как правило, анионактивного класса, например, ПО-2А. Расход пенообразователя составляет не более 0,2 % от массы гипсового вяжущего. При вспенивании раствор ПАВ переходит в пену с кратностью 4,0...5,5. При минерализации кратность пены снижается на 10-15%, однако иногда возможно увеличение объема пеномассы. Получение пены осуществляется в механических или струйных пеногенераторах, работающих в непрерывных режимах. В механических пеногенераторах воздухововлечение и структурирование пены идет за счет диспергации пузырьков воздуха рабочим органом (лопасти, диски, щетки), вращающимся со скоростью 800...1200 об/мин. Параметры пены регулируются на выходе из пеногенератора. В струйных пеногенераторах раствор ПАВ и воздух подаются в пеногенератор под избыточным давлением, перемешиваются в турбулентном потоке и проходят участок трубы или шланга, заполненной тонкодисперсным материалом – тонкая проволока, мелкая стружка. Параметры пены в струйных пеногенераторах регулируются путем изменения соотношения раствора ПАВ и воздуха, турбулентности и живого сечения потока.

Отметим, что выбор анианактивных ПАВ осуществлен немотивированно. В настоящее время на рынке доступны несколько марок белковых пенообразователей для производства пенобетона и пеногипса по приведенной ниже технологии. Предлагает такой пенообразователь для пенобетона и наша компания.

При минерализации порошок гипсового вяжущего равномерно посыпается на поверхность пены. При правильно выбранных параметрах минерализации и вязкости пеномассы в смесителе образуется характерная воронка. Регулирование параметров пеномассы достигается путем изменения параметров пены и интенсивности минерализации. Для этой цели разработаны специальные питатели-дозаторы с регулируемой скоростью подачи порошка вяжущего. Наиболее надежными зарекомендовали себя дисковые, ячейковые и тарельчатые питатели. Тепловая обработка пеногипсовых блоков и плит может быть сведена к выдержке изделий на теплом отапливаемом складе с температурой 30...35 °С в течение 2...3 суток. При этом равновесная влажность пеногипса составит 15...20 %, что обеспечивает возможность их применения на стройке. Блоки и плиты из пеногипса могут выпускаться марок по прочности D400, D500 и D600, при этом предел прочности при сжатии изменяется от М10 до М35, в зависимости от плотности и марки гипсового вяжущего. Коэффициент теплопроводности пеногипса в сухом состоянии составляет от 0,1 до 0,2 Вт/(м·°С). Основные свойства пеногипсовых блоков и плит приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные показатели пеногипсовых блоков

Данные табл. 1 показывают, что пеногипс со средней плотностью 400 кг/м³; полностью обеспечивает термическое сопротивление для зданий средней полосы и, следовательно, может быть применен как эффективный теплоизоляционный материал. При средней плотности блоков 500 и 600 кг/м3 необходимое термическое сопротивление может быть получено путем сочетания их с защитными или облицовочными материалами.

Наряду с производством поризованных блоков и перегородочных плит применение пеногипса является перспективным при выпуске отделочных звукопоглощающих плит. Такие плиты являются экологически чистыми, обладают высоким декоративным качеством, огнестойкостью и звукопоглощающими свойствами, могут быть с успехом применены в качестве лицевых элементов подвесных потолков. Пеногипсовые плиты под названием "гипорит" были разработаны в МГСУ как альтернатива плитам "акмигран", хорошо зарекомендовавшим себя в строительной практике. В качестве сырьевых материалов при производстве плит гипорит служат: гипсовое вяжущее, пенообразователь (синтетические ПАВ), рубленый стекложгут для дисперсного армирования, полимерная добавка ПВАД 1.0...2.0 % для повышения механической прочности. Технология изготовления пеногипсовых плит гипорит также основана на методе сухой минерализации пены и включает: приготовление раствора ПАВ, вспенивание, минерализацию пены порошком гипсового вяжущего, заливку вспененной массы на конвейер. Тепловая обработка пеногипсовых плит происходит при температуре 70...75 °С. После выдержки в нормальных температурно-влажностных условиях плиты проходят отделочные операции (калибровку, шлифовку, офактуривание, покраску).

Плиты имеют марки 350, 400, 450, толщина плит 20...25 мм, размер 300х300 мм.

Основные показатели плит гипорит приведены в таблице 2.

Таблица 2. Технические характеристики плит гипорит

Плиты гипорит имеют неограниченные возможности декорирования (офактуривание, покраска), могут применяться в подвесных потолках как с открытым, так и с закрытым каркасом. Высокие декоративные и эксплуатационные показатели плит гипорит открывают широкие возможности их применения в строительстве.

1. Румянцев Б.М. Технология облегченных пеногипсовых материалов. Сб. материалов Академические чтения «Развитие теорий и технологий в области силикатных и гипсовых материалов», М, МГСУ. 2000.
2. Румянцев Б.М. О научных основах поризации гипсовых систем. Сб. докладов, НИИСФ, М., 2002.

Источник: Искусственный камень и Гипс