Энергосберегающие технологии в производстве строительных материалов

УДК 691.316

А. Г. Конов, ген. директор,

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Рассмотрены преимущества использования цементно-песчаного кирпича и неавтоклавного пенобетона в стеновых конструкциях жилых домов.

Ключевые слова: стеновые материалы, кирпич цементно-песчаный, утеплитель, неавтоклавный пенобетон.

В последние два десятилетия доминирующим видом строительства в нашей стране является жилищное. В годы прошлого столетия, на которые приходится бум жилищного строительства, вопрос теплоизолирующей способности конструкций особенно не дискуссировался, так как цены на энергоносители были чрезвычайно занижены. Это привело к тому, что в России затраты на отопление жилых домов были в 23 раза выше, чем в развитых странах. Данная ситуация заставила пересмотреть нормативные требования к тепловому сопротивлению применяемых конструкций и в первую очередь к ограждающим стеновым материалам.

В 1995 году были введены поправки к СНиП 11379 «Строительная теплотехника», предусматривающие повышение теплового сопротивления стеновых конструкций в 33,5 раза. В связи с этим были кардинально пересмотрены конструктивные решения наружных стен.

За основу, как правило, принята трехслойная конструкция, включающая внутреннюю несущую (самонесущую) часть, теплоизолирующий слой и облицовочный (фасадный) слой. Это потребовало перестройки в сфере производства строительных материалов. Тем более, что в 90-х годах были обозначены структурные изменения в архитектуре и градостроительстве, предусматривающие резкое сокращение панельного домостроения и постепенный переход на малоэтажное строительство. Исходя из этого, основным видом стеновых материалов для жилых домов становятся мелкоштучные изделия и утеплитель.

Первое место среди мелкоштучных изделий традиционно занимает кирпич (керамический и силикатный). В многослойной стене облицовочный слой из кирпича выполняет не только функцию защиты утеплителя, но и определяет фасад здания. Поэтому, кроме требований по повышенной морозостойкости к кирпичу, добавляются более жесткие требования по точности, четкости геометрической формы, по цветовой гамме.

Производство керамического и силикатного кирпича основано на энергозатратных технологиях. Керамический кирпич требует тщательной подготовки глиняной массы, сушки сырца, а затем обжига при температуре 950...1100 °С. Опыт многих отечественных кирпичных заводов показал,

29

что для обжига 1000 кирпичей требуется 120...140 кг условного топлива. Технология производства силикатного кирпича предусматривает тепловую обработку сырца в автоклавах при давлении пара 0,8...1,2 МПа при температуре 170...200 °С. При этом на 1000 кирпичей расходуется 400...500 кг пара.

В последние годы на рынке строительных материалов появился це-ментно-песчаный кирпич, изготавливаемый методом полусухого прессования формовочной массы из мелкодисперсного заполнителя и цементного вяжущего.

ОАО "ВНИИстрой им. П.П. Будникова" провел комплексные исследования и разработал технологию производства цементно-песчаного кирпича. На основе теории физико-химической механики дисперсных систем разработана и осуществлена концепция создания нового вида кирпича с использованием сырьевых смесей с оптимальным зерновым и минеральным составом путем компрессионного способа формования сырца и твердения без энергопотребления или малыми энергозатратами.

В результате исследований формуемости цементно-песчаных смесей установлено, что наилучшие результаты достигаются при содержании тонкодисперсных и среднедисперсных частиц (от 0 до 140 мкм) в смеси до 40...50 %.В естественных кварцевых песках максимальное содержание таких фракций достигает лишь 10 %, поэтому из обычных цементно-песчаных смесей невозможно формовать кирпич способом полусухого прессования. В этом случае необходим ввод пластифицирующих добавок, в качестве которых можно использовать широкую гамму промотходов: золы теплоэнергетики, белитосодержащие шламы глиноземной промышленности, суглинки, золы, горелые породы и т. п. Но наибольшие перспективы имеют карбонатные пески в виде отходов на щебеночных фабриках и на карьерах нерудных материалов, а также отходы камнепиления, ракушечники и тырса.

На основе экспериментальных данных и накопленного опыта на действующих производствах разработаны новые представления в теории полусухого прессования кирпича. Установлено важное влияние на качество прессования его длительности (3...5 с.), определено оптимальное удельное давление, составляющее 20...25 МПа .Введено и систематизировано понятие удельной работы формования Ауд, которая объективно характеризует процесс прессования и прессовый агрегат вне зависимости от вида и размера изделий, их расположения и количества в пресс-форме:

где А - работа формования, Дж; т - масса изделия, кг; Р - сила формования, Н; h - осадка при формовании, мм; t - время , с.

m m

0

Процесс формования состоит из 4 этапов: 1 - интенсивная осадка смеси, предварительное уплотнение, выход 75...80 % воздуха, образование коагуляционной структуры; 2 - получение сырца , усиление коагуляцион-ной структуры, проявление сил сцепления и капиллярных сил, дополнительная осадка на 15 %, интенсивный рост Р и А, сжатие остаточного воздуха, возникновение упругих напряжений; 3 - время выдержки при максимальном давлении, выход остаточного воздуха, релаксация напряжений, калибровка сырца; 4 - сброс давления и выталкивания сырца.

Используя данную теоретическую концепцию, ЗАО «Стройпро-гресс» (г. Тула) разработало и наладило изготовление гидравлических прессов для производства цементно-песчаного кирпича. Алгоритм управления работой прессов увязан с вышеприведенными этапами процесса формования. Занимаясь более 10 лет вопросами организации производства цементно-песчаного кирпича, ЗАО «Сторойпрогресс» производит разработку проектной документации, поставляет оборудование технологических линий, оказывает техническую помощь при освоении технологического процесса.

Многолетний опыт работы доказал целый ряд преимуществ це-ментно-песчаного кирпича:

1) простота и легкая управлямость технологии, малое количество технологических операций и единиц оборудования;

2) доступность и дешевизна сырьевых материалов, возможность использования промотходов;

3) низкий расход цемента (8...12 % по массе);

4) возможность получения кирпича марок по прочности М400 и по морозостойкости F100;

5) широкий ассортимент по конфигурации и по цветовой гамме;

Экономичность производства цементно-песчаного кирпича обуславливается низкой стоимостью и доступностью сырьевых материалов, а также низкими энергозатратами.

В настоящее время имеются все предпосылки дли широкого применения данного кирпича в строительстве:

1) ОАО "ВНИИстрой им. П. П. Будникова" разработал технически условия (ТУ 5741- 033-00284753-02. Кирпич цементно-песчаный);

2) ЗАО «Стройпрогресс» разработало технологический регламент, поставляет комплект необходимого оборудования;

3) практически в каждом регионе имеется сырьевая база.

Привлекательность производства цементно-песчаного кирпича для

малого бизнеса состоит в том, что оно не требует значительных капитальных вложений (12 млн рублей на создаваемую мощность 3,5 млн штук кирпича в год), имеет низкие затраты труда (12 человек работающего персонала на линии указанной мощности). Установленная мощность токоприемников на линии мощностью 3,5 млн шт. кирпича в год составляет 150

кВт. Технологический процесс можно организовать без использования

энергии на тепловую обработку сырца для набора прочности. Кирпич мо°

жет набирать прочность в естественных условиях при температуре +20 С с применением химических добавок, например, ускорителя твердения УП-2 ТУ 5870-001-13453677-04. В этом случае кирпич можно отгружать потребителю через 7 суток естественной выдержки.

С вводом в действие новых нормативов по термическому сопротивлению ограждающих конструкций существенную часть в объеме производства стеновых материалов стали занимать утеплители. На первом месте среди востребованных утеплителей стоит ячеистый бетон, который по сумме теплоизолирующих и эксплуатационных характеристик превосходит пенопласты, широко применяемые особенно в панельном домостроении, и в первую очередь по таким показателям, как пожароопасность, сроки старения, паро- и воздухопроницаемость [2]. Кроме того, пенопласты подвержены повреждению грызунами и насекомыми.

Среди ячеистых бетонов широкое применение получили газобетоны автоклавного твердения. К основному недостатку газобетона следует отнести энергозатратную технологию его изготовления. Автоклавная технология газобетона хорошо освоена, обеспечивает высокое качество продукции. Однако ее достоинства снижаются высокой капитало-, энерго- и металлоемкостью, сложностью оборудования , а также высокой стоимостью продукции при постоянно растущей энергетической составляющей себестоимости. По этим причинам сегодня более доступным является неавтоклавный пенобетон. Достаточно сказать, что оборудование технологических линий по производству автоклавного газобетона в 3-4 раза дороже оборудования пенобетонных изделий той же мощности.

Неавтоклавный пенобетон по уровню качественных показателей и масштабам применения уступает автоклавному, но в последнее время проведены интенсивные поисковые исследования в разных вузах, научно-исследовательских и проектных организациях, создавшие основательную базу для повышения качественных показателей. Исследованы вопросы прочности и структуры пенобетона [3], процессы формирования пористой структуры при использовании различных ПАВ [4]. Накоплен достаточный положительный опыт его производства и применения.

Основными сырьевыми материалами для пенобетона являются цемент и кремнеземистый компонент, в качестве которого используются кварцевый песок, золы ТЭЦ, различные шлаки, отсевы и т. п. Указанные материалы имеются практически во всех регионах России, что создает условия для массового производства пенобетона. Если в прежние годы производство пенобетона сдерживалось отсутствием пенообразователей, то сейчас не ощущается недостатка в синтетических пенообразователях, пришедших на смену протеиновым (Морпен, Пеностром, ПБ-2000).

ЗАО «Стройпрогресс» имеет большой опыт по организации производства неавтоклавного пенобетона. Одним из главных технологических переделов является приготовление пенобетонной массы .Для улучшения процесса порообразования ЗАО «Сторойпрогресс» разработало турбулент-но-кавитационный смеситель, в котором используется эффект создания ка-витационных пузырьков на поверхности перемешивающих лопаток.

Предлагаемые в качестве стеновых материалов цементно-песчаный кирпич и неавтоклавный пенобетон, отличающиеся простотой и экономичностью, имеют все предпосылки для проявления интереса со стороны малого бизнеса и должны занять достойное место в сложившейся в настоящее время триаде: газобетон, керамический и силикатный кирпич.

Список литературы

1. Ю.В. Гудков, [и др.]. Рациональная технология цементно-песчаного кирпича компрессионного прессования. // Строительные материалы. № 4. 2005.16 с.

2. А.П. Меркин. Ячеистые бетоны: научные и практические предпосылки дальнейшего развития. // Строительные материалы. № 2.1995. 11 с.

3. А.Н. Хархардин. Теория прочности и структуры пористых тел Вестник БГТУ им. Шухова: научно-технический журнал. 2003. № 4. 42 с.

4. Л.Д. Шахова. Поверхностные явления в трехфазных дисперсных системах. // Вестник БГТУ им. Шухова: научно-технический журнал. 2003. №4. 53 с.

A.G. Konov

ENERGY SAVING TECHNOLOGIES IN CONSTRUCTION MATERIALS PRODUCTION

The practical advantages of concrete-silicate building bricks and non-autoclave foam concrete in construction of wall structures are analyzed.

Key words: wall materials, concrete-silicate building bricks, insulator, non-autoclave foam concrete.

Получено: 24.12.11