Характеристика: неавтоклавный и автоклавный газобетон

1.1. Свойства и области применения газобетона

1.1.1. Свойства газобетона Газобетон относится к классу ячеистых бетонов, и представляет собой материал с равномерно распределенными по объему воздушными замкнутыми порами.

Такая структура определяет целый ряд физико-технических свойств, которые и делают ячеистый бетон весьма эффективным, теплым строительным материалом, т.к. воздух в природе лучший теплоизолятор.

Газобетон - это высококачественный, экологичный строительный материал. Впервые он был произведён около 80 лет назад и до сих пор, благодаря своим превосходствам, постоянно применяется. Он обладает похожими стойкостными, химическими и физическими свойствами как нормальный бетон, а при обработке лучше, чем дерево.

Газобетон очень прост в работе, легко поддаётся обработке, дает возможность легко возводить стены сложной конфигурации. За счёт точных размеров и правильной формы газобетон легко класть. Поверхность готовых стен легко обрабатывается за счёт шершавости.

Газобетон обладает хорошей тепло- и звукоизоляцией. Пожаробезопасен и экологически чистый материал. Цена газобетона достаточно конкурентоспособна по сравнению с кирпичом, деревом и другими стеновыми материалами. Газобетон классифицируется по способу твердения и по виду вяжущего вещества:

По способу твердения газобетоны могут быть:

  • автоклавные, которые твердеют при избыточном давлении и повышенной температуре в специальных печах – автоклавах;
  • неавтоклавные, предусматривающие естественное твердение или тепловлажностную обработку с использованием теплового воздействия при атмосферном давлении;

В технологии ячеистых бетонов в качестве вяжущего, используют цементы и известь, реже молотые шлаки и гипс. По виду вяжущего вещества газобетоны могут быть:

  • на цементе – газобетон;
  • на извести – газосиликат;
  • на шлаке – газошлакобетон;
  • на гипсе – газогипс;

В России газобетоны производятся на цементе и на извести. Причем, необходимо понимать, что газобетоны на основе цемента – это бетоны неавтоклавного способа твердения. Газобетоны на основе извести (газосиликаты), напротив, автоклавные бетоны. Именно газосиликат получил наибольшее распространение на российском рынке.

Газобетоны на шлаках и на гипсе, как автоклавного, так и неавтоклавного способа производства, практически не выпускаются в стране. Выделяют следующие свойства газобетона:

Низкая плотность/высокая прочность Большие размеры при незначительном весе сокращают основные затраты. Пористая структура газобетона дает в итоге плотность порядка 0.35–0.6 т/м3, ровно 1/5 от плотности нормального бетона. Это свидетельствует о более коротком времени строительства, более простой доставке на стройплощадку, значительном облегчении выполнения работ при возведении стен и незначительной нагрузке на фундамент. Малый вес, малая плотность – это решающие преимущества при возведении высотных зданий.

Несущие конструкции сокращаются до минимума. Прочность газобетона составляет 2,5-7,5 Н/мм2 – оптимальное соотношение прочности и плотности. Энергосбережение/теплоизоляция Газобетон – энергосберегающий материал. Применение газобетона позволяет достичь значительного вклада в областях энергосбережения. Большое количество маленьких пор в блоках или панелях изолируют в 6-10 раз лучше, чем обыкновенный бетон или кирпич. Здания из газобетона приятно прохладны летом и сокращают потери тепла зимой. Расходы по отоплению или охлаждению (кондиционированию) за счёт этого минимальны.

Пожаростойкость

Газобетон является неорганическим, абсолютно негорючим материалом, и благодаря этому он в связке с металлоконструкциями или как обшивка идеально подходит для пожаростойких стен (брандмауэры), вентиляционных и лифтовых шахт.

Первоклассная шумоизоляция

Газобетон обладает выдающимися свойствами шумоизоляции. Пористость строительного материала – это положительный эффект при рассмотрении свойств шумоизоляции стены. Она вызывает высокую сопротивляемость шуму при применении материала с малой плотностью. Шумоизоляция у этого материала также лучше, чем у общепринятыхсравнимых по плотности строительных материалах.

Легкая рациональная обработка

Газобетон (еще лучше, чем дерево) может обрабатываться обыкновенным инструментом, таким как пилы, сверла (буры), фрезы и т.д. При быстрой прокладке каналов для кабелей и труб может применяться электроинструмент.

Газобетон может практически резаться на любые формы и под любым углом, включая скос и наклон. Отопление, водоснабжение и канализация на кухнях и в ванных комнатах могут легко прокладываться в стене, быстрее чем в других стенах. Электрокабели укладываются в каналы, которые проделываются в стене при помощи скребков. Последующая установка труб и кабелей в стену осуществляется в дальнейшем без проблем.

Кладка/штукатурка

Кладка из газобетона позволяет сократить по сравнению с кладкой из кирпича эту операцию в 2,5 раза. Один большой блок из газобетона, размером 60Х30 см., соответствует примерно 9-ти нормальным кирпичам размером 7.1Х24 см., к тому же имеет только 1/5 веса и проще в кладке. Готовые тонкие растворные смеси (клеи), укладываемые зубчатой кельмой, уменьшают требующую много времени операцию по перемешиванию и нанесению, как при традиционной штукатурке. Кладка производится при помощи нормальных или жидких строительных растворов, с штукатуркой или без штукатурки, предусмотренной только для окраски. При кладке на жидкие(тонкослойные) строительные растворы (клеи) слоем в 1-2 мм значительно сокращается потребление раствора и времени его перемешивания на строительной  площадке. Поверхность готовых стен легко обрабатывается за счёт шершавости. Нормальной считается толщина в 10-12 мм при применении многослойной «толстой» штукатурки или в 1-3 мм , при применении специальной тонкой высокоэластичной штукатурки.

Точность размеров

Процесс изготовления газобетона гарантирует неизменно точные размеры. Отклонения настолько минимальны, что после кладки стена представляет уже готовую для нанесения штукатурки поверхность. Часто готовность достигается нанесением на внутренние стены, в качестве основы под покраску или обои, тонкой шпаклевки.

Сейсмостойкость

Газобетон в виде армированных элементов уже много лет применяется в районах с повышенной сейсмостойкостью (например, Япония). Опыт многих лет показывает, что здания, у которых стены, возведены полностью или частично из газобетона, имеют лучшую устойчивость при природных катастрофах, таких как землетрясения. Незначительный вес газобетона в сравнении с его высокой прочностью снижает нагрузки на здание. Негорючесть и высокая пожаростойкость являются добавочным преимуществом и безопасностью против огня, который часто связан с землетрясением.

Экологичность

Газобетон изготавливают из извести, цемента, песка, воды – традиционных сырьевых материалов, не содержащих вредных примесей. Это материал, который не выделяет вредных веществ. Применение отходов (при резке, при отбраковке) возможно еще в процессе производства. При твердении бетона в автоклаве в среде насыщенного пара при температуре 175-185С даже случайно попавшие органические примеси выгорают и улетучиваются. Поэтому уложенные в здания изделия не являются носителями вредных компонентов и не выделяют их в период эксплуатации при различных внутренних и внешних воздействиях.

Основные свойства газобетона автоклавного и неавтоклавного способа твердения схожи, однако, есть  различия. Неавтоклавный газобетон мене прочный и дает большую усадку в процессе эксплуатации. В связи с этим многие специалисты запрещают его использовать в строительстве в качестве конструкционного материала. К преимуществам неавтоклавного газобетона перед автоклавным относятся:

  • возможность монолитного строительства.

Таблица 1.1.Сравнительная характеристика свойств газобетонов автоклавного и неавтоклавного способа твердения

Показатели материала Автоклавный газобетон (газосиликат) Неавтоклавный газобетон (порооб-ль ПОС-15)
Плотность, кг/м3 500 500
Класс по прочности на сжатие В2,5-3 В1,5
Морозостойкость, циклы F50 не нормируется
Отношение к влаге Требует защиты Требует защиты
Отношение к огню Не горит Не горит
Эксплуатационная теплопроводность, Вт/м·С 0,14 0,17
Толщина наружной стены (московский регион), м 0,5 0,7
Возможность монолита Нет Да

Источник: филиал НИИЖБ ФГУП “НИЦ “Строительство”

Таблица 1.2.Физико-технические свойства газобетона (автоклавного производства) разных плотностей

Физико-технические свойства Единица измерения Показатель
Средняя плотность кг/м3 D350 D400 D500
Прочность при сжатии МПа 1-1,5 1,5-2 2,5-3
Коэффициент теплопроводности Вт/м С 0,09 0,11 0,12
Морозостойкость цикл 15 25 35
Звукоизоляция 150–450 мм Дб 50 55 58
Огнестойкость при толщине 175 мм час 4-5 4-5 5-6
Экологичность при производстве и применении - 2 2 2
Толщина стены при одинаковом сопротивлении теплопередаче (R= 2,5 м2 (К/Вл) м 0,35 0,4 0,45
Вес 1м2 стены кг 145 180 240

Источник: филиал НИИЖБ ФГУП “НИЦ “Строительство”

1.1.2. Области применения газобетона

Изделия из ячеистого бетона используются практически во всех сферах строительной промышленности, таких как жилищное, промышленное и сельскохозяйственное строительство, возведение школ, больниц, административных и общественных зданий и т.д. Газобетон представляет собой экономичный и эффективный строительный материал, свойства которого позволяют в сжатые сроки сооружать здания различного назначения. Ячеистый бетон прекрасно зарекомендовал себя во всех климатических зонах. Газобетонные блоки могут быть использованы в качестве конструкционного и теплоизоляционного материала. Конструкционный материал Блоки из ячеистого бетона предназначены для возведения любых стен, а именно:

  • наружные (одинарные, двойные и комбинированные);
  • внутренние (несущие и ненесущие);
  • заполнение бетонных или стальных каркасов;
  • разделительные перегородки;
  • противопожарные;

Кроме того,  газобетонные блоки могут быть использованы для реставрации или перестройки старых зданий (благодаря низкому весу) или для фахверковых домов (благодаря простой обработке). В мировой практике ячеистый бетон уже давно используется при реконструкции старых зданий, при наращивании их этажности. Теплоизоляционный/звукоизоляционный материал. При строительстве высотных и малоэтажных домов блоки из газобетона могут применяться в качестве утеплителя и звукоизолятора. Для этих целей выпускаются мелкие блоки для укладки стен и полов. Газобетонные блоки, безусловно, являются самым распространенным изделием из ячеистого бетона, однако, существуют и другие виды изделий, которые применяются комплексно в малоэтажном строительстве: это плиты перекрытий, покрытий, перемычки, панели и даже лестничные ступени. Отметим, что делались попытки использования ячеистого бетона в конструкциях фундаментов и стен подвалов, однако их обоснованность требует дополнительной проверки на долговечность и надежность этих конструкций.

Таблица 1.3.Характеристика газобетонных изделий и их применение в строительстве

Вид изделия Наименование Применение
  Стеновые мелкие блоки Предназначены для выполнения ненесущих внутренних стен и перегородок зданий
  Стеновые мелкие блоки Предназначены для выполнения несущих и ненесущих внутренних и наружных стен зданий
  Плиты (панели) перекрытий и покрытий Все плиты данного выпуска предназначены для использования в перекрытиях и покрытиях жилых и общественных зданий и сооружений со стенами из кирпича, ячеистобетонных блоков и крупных блоков из местных материалов.Плиты перекрытий следует предусматривать для зданий с относительной влажностью воздуха внутри помещений до 60%,а при наличии пароизоляции на внутренней поверхности стен- для зданий с влажностью воздуха внутри помещений до 75%.
  Перемычки (армированные) Предназначены для перекрытия опорных и дверных проемов
  Теплоизоляционные плиты Предназначены для утепления подвалов, кровель и наружных стен зданий
  Стеновые панели серии 1.030.1-1. Армированные стеновые панели полосовой разрезки для каркасных производственных и общественных зданий промышленных предприятий одно- и много этажных зданий с толщиной стены 250 и 300 мм.
  Стеновые панели серии 125 Комплексная серия типовых проектов крупнопанельных жилых домов и общественных зданий, включает несколько типовых блок-секций с различными элементами блокировок. Серия 125 основана на конструктивной схеме с поперечными несущими стенами шагом 3,2 и 6,4 м. Наружные стеновые панели двух рядной разрезки из ячеистого автоклавного бетона с толщиной панели 400 мм.

1.2. Технология производства газобетонных изделий.

В зависимости от способа производства следует различать газобетон автоклавного и неавтоклавного способа изготовления. Это две принципиально разные схемы. При этом, несмотря на внешнее сходство и способы производства,  не следует путать пенобетон и неавтоклавный газобетон. У обоих видов газобетона – автоклавного и неавтоклавного – образование пор (так называемых «пузырьков») происходит за счет выделения газа вследствие химической реакции.

Однако разные способы затвердевания дают разные свойства ячеистому  бетону.

Неавтоклавный газобетон производится на основе портландцемента (50-60%), молотый известняк, шлак, зола, др. отходы (40-50%) и «порообразователь» (1,8-2,1 кг. на куб.м. газобетона). Полученную смесь оставляют затвердевать в обычных условиях без применения специальных печей (автоклавов). Количество порообразователя в растворе (при других равных условиях) прямо пропорционально значениям относительного подъема теста. При этом по высоте нет отклонений морфологии пор в зависимости от степени подъема раствора. Для ускорения процесса твердения и оборота опалубки, а также увеличения качества газобетона рекомендуется, особенно, в первые сутки отвердения раствора создавать теплые (30–50 °С) условия при естественной влажности и нормальном давлении. Производство неавтоклавного ячеистого бетона – это дешевый способ производства газобетона. Инвестиции  в производство неавтоклавного газобетона в сотни раз ниже объема затрат в производство автоклавного газобетона.

Вместе с тем, газосиликат в отличие от неавтоклавного газобетона боится воды, уступает по морозостойкости, по огнестойкости. При этом газосиликат не допускает возможности монолитного строительства. Поризация смеси осуществляется на стадии формирования материала за счет взаимодействия газообразователя со щелочью. Образующийся водород выделяется в свободном состоянии в виде газовых пузырьков, используемых для вспучивания газобетонной массы. Данная технологическая стадия, особенно в неавтоклавной технологии, является весьма ответственной, предопределяющей формирование пористой структуры материала. Для улучшения свойств неавтоклавного газобетона в смесь вводят различные модифицирующие добавки: полуводный гипс, микрокремнезем, ускоритель твердения - хлорид кальция.

Основным направлением разработок становится приближение прочностных свойств к автоклавному газобетону. Наиболее перспективными в этом отношении являются дисперсно-армирующие волокна как искусственного (полимерное волокно различного состава, стекловолокно и др.), так и природного происхождения (асбестовое, базальтовое волокно). Другим способом упрочнения является добавка микрокремнезема или кислой золы-уноса в количестве 5-10% от веса цемента. Качественный влажностный режим по уходу за газобетоном во время его интенсивного твердения также существенно улучшает его прочностные свойства. Неавтоклавный способ производства имеет существенный недостаток: усадка газобетона в процессе эксплуатации гораздо больше (2-3 мм/м), чем у автоклавного бетона (0,3 мм/м), при одинаковой плотности изделий. Специфика технологии неавтоклавного газобетона требует и повышенного расхода цемента.

Несмотря на относительную дешевизну получаемого изделия, в промышленных масштабах предпочтительнее производство автоклавного газобетона. Автоклавная обработка газобетона производится не только для того, чтобы ускорить процесс твердения смеси. Основной смысл состоит в том, что в автоклаве при температуре +180 °С и давлении до 14 бар в газобетоне образуется новый минерал - доберморит. Благодаря этому повышается прочность материала и, что особенно важно, в несколько раз уменьшается усадка. За счет своих характеристик автоклавный бетон имеет гораздо больше способов применения.

Он может использоваться, например, в армированных конструкциях - перемычках, панелях, и др. Ячеистый бетон автоклавного твердения имеет пониженную трещиностойкость и морозостойкость. Автоклавная обработка позволяет в более короткие сроки получать изделия с достаточно высокой прочностью при пониженном расходе вяжущего.Газобетон автоклавного способа изготовления (чаще всего газосиликат) производится из смеси природных сырьевых материалов: песка, цемента, негашеной извести, воды и небольшого количества алюминиевой пудры. В результате химической реакции извести и алюминиевой пудры смесь вспенивается, и внутри образуются поры разной величины, заполненные воздухом. Можно выделить следующие основные этапы производства автоклавного газобетона:

1. Приготовление смеси.

Приготовление смеси осуществляется в автоматическом режиме. Компоненты в заданной пропорции подаются в смеситель, где перемешиваются по заданной программе до консистенции свободно льющейся сметаны.

2. Заливка форм и формирование массива.

Готовая смесь выгружается в формы, заполняя их примерно наполовину. Одновременно форма со смесью подвергается ударным воздействиям, для улучшения строения пористой структуры. Известь начинает гаситься, выделяя тепло, - за полтора часа температура смеси доходит до 80. Алюминий взаимодействует с известью, выделяется свободный водород, и он поднимает эту смесь, которая полностью заполняет форму. Цемент под воздействием высокой температуры начинает схватываться; сферические ячейки, образованные свободным водородом, превращаются в заполненные воздухом поры (готовый продукт на 80 проц. состоит из мелких пор диаметром от 1, 5 до 3 мм). Структурная пористость газобетонных блоков обусловлена строго выдержанной технологией, и автоматизацией процесса.

3. Затвердевание смеси.

После того, как массив поднимется, он подвергается предварительному твердению в течение 60-120 минут для достижения прочности необходимой для резки. 

4. Резка массива на изделия.

После предварительного затвердевания кран распалубливает сборную форму, и уже застывший, но еще достаточно мягкий "пирог" ячеистого бетона режется горизонтально и вертикально тонкими струнами на блоки. Одновременно формируется пазы и гребни, фрезеруются захватные карманы для рук.

5. Пропарка изделий в автоклаве.

Затем разрезанный "пирог" помещается в автоклав, там происходит термовлажностная обработка при температуре 190С и давлении пара 12 атмосфер. Под воздействием этих факторов образуются минералы, обеспечивающие прочность ячеистого бетона.

6. Упаковка.

После 12 часов автоклавной обработки готовый "пирог" разделяется на специальной установке на изделия, они упаковываются, отправляются на склад готовой продукции. Аналогично изготавливаются армированные плиты только нет вертикальной резки.

Газобетон производится из минерального сырья, в его состав чаще всего входят: известь 20%; кварцевый песок 60%; портландцемент – 20%, алюминиевая пудра – менее 1%. Следует отметить, что использование управляемого автоклавного процесса дает возможность получить бетон с заданным необходимым уровнем свойств. Причем эти характеристики будут одинаковыми в любой из точек готового изделия.

Автоклавная обработка газобетона производится не только для того, чтобы ускорить процесс твердения смеси. Основной ее смысл состоит в том, что в автоклаве при температуре +180 °С и давлении до 14 бар в газобетоне образуется новый минерал - тоберморит. Благодаря этому повышается прочность материала и, что особенно важно, в несколько раз уменьшается усадка.За счет своих характеристик автоклавный бетон имеет гораздо больше способов применения. Ячеистый бетон автоклавного твердения имеет пониженную трещиностойкость и повышенную морозостойкость. Автоклавная обработка позволяет в более короткие сроки получать изделия с достаточно высокой прочностью.