Вариотропия давлений в технологии высокопористых материалов

Министерство образования и науки Российской Федерации

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ 
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Библиотека научных разработок и проектов НИУ МГСУ

А.Д. Жуков, А.С. Чкунин, А.О. Карпова

ВАРИОТРОПИЯ ДАВЛЕНИЙ 
В ТЕХНОЛОГИИ 
ВЫСОКОПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

Москва  2017

2-å èçäàíèå (ýëåêòðîííîå)

УДК 517.28+536.491+699.86
ББК 22.161+22.317+38.637
          Ж86
СЕРИЯ ОСНОВАНА В 2008 ГОДУ

Рецензенты:
доктор технических наук, профессор В.Ф. Коровяков, 
советник по научно-организационной работе ОАО «НИИМосстрой»,
доктор технических наук, профессор А.Ф. Бурьянов, 
исполнительный директор Российской гипсовой ассоциации

Монография рекомендована к публикации 
научно-техническим советом МГСУ

Жуков, А.Д.
Ж86 
Вариотропия давлений в технологии высокопористых материалов 
[Электронный ресурс]: монография / А.Д. Жуков, А.С. Чкунин, А.О. Карпова ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Нац. исследоват. Моск. 
гос. строит. ун-т. — 2-е изд. (эл.). — Электрон. текстовые дан. (1 файл 
pdf : 176 с.). — М. : Издательство МИСИ—МГСУ, 2017. — (Библиотека 
научных разработок и проектов НИУ МГСУ). — Систем. требования: 
Adobe Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10".

ISBN 978-5-7264-1525-3

Приведен комплекс технологических приемов, направленных на получение 
теплоэффективных материалов ячеистой структуры с использованием малоэнергоемких технологий и формирование структуры материалов в условиях напряженного (стесненного) состояния.

Технологические приемы рассмотрены на примерах ячеистого неавтоклавного 
газобетона, пенополистиролбетона и пенобетона. Технологические особенности 
применения волокон раскрыты на примере ячеистого бетона, армированного базальтовой фиброй.

Для научных и инженерно-технических работников строительной отрасли, 
отрасли производства строительных материалов, изделий и конструкций, а также аспирантов и студентов магистратуры.

УДК 517.28+536.491+699.86

ББК 22.161+22.317+38.637

ISBN 978-5-7264-1525-3 
© НИУ МГСУ, 2015

Деривативное электронное издание на основе печатного издания: Вариотропия 
давлений в технологии высокопористых материалов : монография / А.Д. Жуков, 
А.С. Чкунин, А.О. Карпова ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Нац. 
исследоват. Моск. гос. строит. ун-т. — М. : Издательство МИСИ—МГСУ, 
2015. — 176 с. — ISBN 978-5-7264-1080-7.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных 
техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от 
нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.

Введение 

Отечественный строительный комплекс решает с настоящее 
время три основные задачи: преодоление кризисных явлений, развитие сегмента жилья экономкласса и продвижение передовых 
энергоэфективных технологий, создающих минимальную нагрузку на окружающую среду [10; 16; 31]. 
Изделия из ячеистых бетонов оптимально сочетают такие базовые свойства, как прочность, теплопроводность, морозостойкость, 
звукоизоляция, средняя плотность, экологическая безопасность и 
разумная цена [9; 26]. Развитие производства и применения ячеистых бетонов позволяет существенно снижать стоимость строительства, трудоемкость, энергозатратность при одновременном 
повышении долговечности конструкций и комфортности жилых 
помещений. Отметим, что происшедший в 2007—2009 гг. экономический кризис, вызвавший спад производства большинства строительных материалов (цемента, железобетонных изделий и конструкций, кирпича, нерудных и др.), практически не коснулся производства сухих строительных смесей и ячеистых бетонов, даже 
прибавивших за это время 25—30 % [13; 14]. Это позволяет предполагать, что и новый современный виток кризиса незначительно 
скажется на производителях ячеистого бетона.
В технологии ячеистых бетонов в качестве приоритетных можно выделить следующие направления [4; 19]:
• развитие новых путей получения изделий из ячеистых бетонов
с плотностью ниже 400 кг/м3 для широкого применения их в строительном производстве и с плотностью 150—300 кг/м3 для использования в качестве теплоизоляционных материалов;
• совершенствование производства ячеистого бетона с целью
получения стеновых изделий с плотностью 400—500 кг/м3 повышенной прочности и минимальной усадкой. Создание мини-заводов по производству блоков из неавтоклавного ячеистого бетона;
• интеграция в технологию химических добавок, в том числе
ускорителей твердения, противоморозных добавок, суперпластификаторов полифункционального действия, позволяющих отказаться от вибрации при укладке и уплотнении бетона, обеспечивающих ускорение набора прочности, повышающих стойкость и 
долговечность материала.

Практическая реализация приоритетных направлений может 
быть основана на использовании внутреннего напряженного состояния, в том числе с применением компонентов (высокопористых, волокнистых), являющихся структурной основой смеси и, 
следовательно, готового изделия [4; 15; 34]. Все эти технологические 
решения разработаны на кафедре технологии композиционных 
материалов и прикладной химии (ранее — технологии отделочных 
и изоляционных материалов, еще ранее — технологии теплоизоляционных материалов) МГСУ. В качестве инструментов для исследования технологических процессов выступают методики комплексного анализа, структурного моделирования и аналитической 
оптимизации, которые, как и созданные программы для ЭВМ, являются продуктами кафедральной разработки и интеллектуальной 
собственности МГСУ.
Технологические приемы, сопровождающиеся формированием 
внутреннего напряженного состояния, рассматриваются на примерах ячеистого неавтоклавного газобетона, пенополистиролбетона и пенобетона. Пенополистирол может использоваться так же, 
как высокопористый структурный компонент. Технологические 
особенности применения волокон в системах с сопутствующим 
напряженным состоянием малой интенсивности рассмотрены на 
примере ячеистого бетона, армированного базальтовой фиброй.

Глава 1. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ 
И СВОЙСТВ ЯЧЕИСТОГО БЕТОНА 

1.1. Технологические решения в производстве 
ячеистого бетона 

1.1.1. АНАЛИЗ ПРОИЗВОДСТВА ЯЧЕИСТЫХ БЕТОНОВ

Ячеистые бетоны (пенобетон, газобетон, пеносиликат, газосиликат, пеногазошлакобетон, пенополистиролбетон, полистиролпенобетон, поробетон и т. д.) имеют невысокую плотность, низкую 
теплопроводность, пониженное водопоглощение, стойкость к воздействию открытого пламени, высокие санитарно-гигиенические 
свойства и технологичны при изготовлении [27; 28; 29]. 
В России в настоящее время работает более 40 заводов по производству изделий из автоклавных ячеистых бетонов общей мощностью 2 млн м3 в год, выпускающих 1,4 млн м3 изделий. На более 
чем 200 установках по производству неавтоклавного ячеистого бетона, в основном пенобетона, производится около 0,6 млн м3 материала как для монолитного, так и для сборного строительства 
(преимущественно в виде камней по ГОСТ 21520—89). На 1 тыс. 
человек населения России производится всего 13 м3, в то время как 
в Республике Беларусь — 150 м3, а в Германии, Франции, Англии, 
Швеции, Польше, Чехии, Словакии — 100—200 м3. 
В технологиях ячеистого бетона выделилось два магистральных 
направления [5]: заводы с высокой производительностью, ориентированные на выпуск автоклавного газобетона, и предприятия, 
выпускающие неавтоклавные газобетон и пенобетон. Отдельное 
технологическое направление — литой ячеистый бетон, изготавливаемый непосредственно на строительной площадке и применяемый в монолитных конструкциях.
Первое направление представлено заводами мощностью от 
500 тыс. м3 в год с использованием автоклавной обработки. В этом 
тысячелетии введен ряд новых производств. Технологии компании 
«MASA-HENKE Maschinenfabrik GmbH» (Германия) реализованы 
на Дмитровском ЗГИ и Костромском ЗСМ, выпускающих газосиликат. На немецкой линии по технологии Wehrhahn выпускает продукцию Воскресенский ГК. Газосиликатные блоки EuroBlock производятся на Клинцовском силикатном заводе в Брянской области. 
Технология Hebel внедрена на Липецком ЗИД [12; 19; 20]. 

Технология Aeroc International внедрена в государствах Балтии. 
Завод по производству газобетонных блоков автоклавного твердения YTONG введен в эксплуатацию в Можайске. Особенностью 
технологии YTONG является безвибрационное приготовление смесей и их вспучивание [13].
Эти технологии позволяют получать продукцию высокого качества, но требуют больших капитальных вложений. Стоимость 
молотого песка шаровыми (трубными) мельницами приближается 
к стоимости цемента, а расход электроэнергии достигает 100 кВт/ч 
на 1 т песка. Тепловлажностная обработка в автоклавах требует 
большого расхода энергии на получение насыщенного водяного 
пара с температурой 180—200 °С, а также затрат тепла на обогрев 
камер предварительного твердения (форкамер) для набора сырцом 
начальной (резательной) прочности. 
Второе направление представлено десятками технологий, реализуемых в условиях средних и малых производств (табл. 1). 
 НИИЖБ при участии АО НПиА «Стройпрогресс» разработана технология изготовления изделий (блоки, теплоизоляция, панели) из 
безавтоклавного ячеистого бетона на основе немолотых кремнеземистых компонентов и отходов промышленного производства. Газобетонные и пенобетонные изделия изготавливают на одном и 
том же технологическом оборудовании без применения пеногенераторов и вибрационных или ударных площадок.
Во ВНИИжелезобетон создана формовочная линия изготовления блоков из неавтоклавного газобетона системы «Униблок ВА». 
Изделия отвечают по свойствам установленным требованиям, а 
сама технология ориентирована на использование тонкодисперсных компонентов, в том числе и отвальных зол [20].
Большая работа по совершенствованию заводских способов производства пенобетона осуществляется ВНИИСТРОМ им. П.П. Будникова. Технология и комплект оборудования, разработанные этим 
институтом, позволяют изготавливать пенобетон плотностью от 
120 кг/м3 и легкий заполнитель «ПЕНОРИТ». Основными сырьевыми компонентами служат цемент, обычный кварцевый песок и 
пенообразователь. В качестве наполнителя могут быть использованы карбонатные пески, золошлаковые отходы. Могут вводиться 
красители, ускорители твердения и пластификаторы, армирующие 
средства. В основу технологии положена механоактивация минеральных компонентов в стержневом смесителе, приготовление 
пены в пеногенераторе и приготовление пенобетонной массы в 

пенобетоносмеситете путем введения пены в смесь минеральных 
компонентов. Институт проводит исследования различных синтетических пенообразователей и разработку технологических приемов их использования при производстве пенобетона [2].
В Московском строительном университете (МГСУ) разработан 
комплекс технологических приемов для изготовления пенобетона 
и пеногипсовых изделий, получивший название «сухой минерализации». Технология реализована в серии установок для приготовления пенобетона в заводских условиях и на стройплощадке (передвижной механизированный комплекс). На основе принципа «сухой минерализации» Восточно-Сибирским ГТУ разработана 
технология пенобетона из перлито-известково-гипсового (ПИГ) 
вяжущего [23].
АОЗТ «Строминноцентр» предлагает баротехнологию изготовления пенобетона на мобильных установках. Этот прием заключается в перемешивании пены и вяжущего в герметическом смесителе, допускающем создание внутреннего избыточного давления, 
например, от компрессора. Смесь пневмоподачей перекачивают к 
формам, при этом смеситель работает как камерный насос. Усовершенстованной модификацией баротехнологии является способ 
ООО «Экостройматериалы», позволяющий получать пенобетон 
средней плотностью от 250 кг/м3.
Таблица 1
Технические данные мини-заводов ячеистого бетона

Технология 
(предприятие или учреждение)

Производительность, м3/ч

Расход
электроэнергии, 
кВт/м3

Масса 
оборудования, т

Персонал, 
чел.

Механоактивация и турбулентное 
пенообразование 
(ВНИИСТРОМ)

4,0—10,0
16,0—30,0
5,3
6—8

Сухая минерализация (МГСУ)
4,0—6,0
14,5
от 7,5
6—8

Героторные механизмы (ЦНКБ, 
установка УПТБ)
1,6—4,0
10,0
1,0—4,0
4—6

Технология ЭНПФ «Рубин»
1,0—4,0
от 5
0,5—5,0
4—8

Баротехнология (компании Строминноцентр, «SIC», «УПМБ»)
2,0—8,0
1,5-4,0
0,18—7,5
4—5

То же (ООО «Экостройматериалы») 
1,2—5,0
15,7
0,2—7,0
5—6

ТОО «ЭМИТ» создана пеногенераторная установка для изготовления пенобетона, плитного пенополимергипсового утеплителя «ТИЗОЛ» и облегченных плит внутренних перегородок. ЗАО 
«Фибробетон» предлагает мини-заводы по изготовлению мелкопористого пенобетона (Пеномонолит 500) из масс, приготавливаемых одностадийным турбулентно-кавитационным перемешиванием. Процесс включает гомогенизацию (при малой скорости вращения вала), когда происходит загрузка всех компонентов, и 
поризацию (при высокой скорости вращения вала). Получаемая 
пеномасса характеризуется стойкостью при транспортировке и нерасслаиваемостью при укладке в монолитные конструкции, возможностью ее транспортирования пневмо- и шнековыми насосами. 
Близкими по свойствам и области применения к пено- и газобетону являются поризованные бетоны (поробетоны). Основная 
масса их изготавливается на цементно-известковом и цементном 
вяжущем и песке. Особенно эффективен поробетон при монолитном строительстве для устройства стен первого этажа. Поризованные бетоны могут быть как автоклавного твердения, так и твердения в естественных условиях. В МГСУ разработана технология, 
обеспечивающая достижение неавтоклавным поробетоном качественного уровня автоклавного при одинаковой средней плотности.
Воронежской ГАСА разработана строительная система «Монопор», с использованием которой возможно получать поризованный 
бетон средней плотностью от 400 кг/м3. Центральной частью этой 
системы является автономная мобильная станция со специально 
разработанным аппаратом — порогенератором. Предварительно 
приготовленная бетонная смесь перекачивается по трубопроводу 
в порогенератор, в нем происходит поризация бетонной смеси с 
последующей укладкой ее в формы или конструкцию. 
Пенополистиролбетоны являются композиционными материалами и по своему функциональному назначению близки к ячеистым бетонам. Гранулы вспененного (подвспененного) полистирола выполняют функции легкого заполнителя. Минеральная матрица может состоять из портландцемента, цементнопесчаной 
(в том числе и на пористых песках) смеси, гипса; в некоторых случаях используют полимерные или поризующие добавки. Известны 
разработки концерна «BASF AG», системы «Rastra» (Австрия) и 
«Юникон» (ВНИИжелезобетон), предложения НИИЖБ и МГСУ — 
МИСИ («самоуплотняющиеся массы»). Наличие минеральной ма

трицы способствует полному или частичному разъединению гранул 
полистирола, что, очевидно, снижает его огнеопасность и повышает прочностные характеристики конструкций, удовлетворяющие 
требованиям, предъявляемым к стенам малоэтажных зданий.
В АО «Теплопроект» проводились исследования и получены положительные результаты по композиционному материалу, получившему условное название ДИПБЕТОН. Он представляет собой 
композицию, состоящую из пенобетона, образующего непрерывный каркас, и гранул пенополистирола, заполняющих заданный 
объем в каркасе. Плотность ДИПБЕТОНа может изменяться от 300 
до 900 кг/м3. Прочность при сжатии при этом изменяется соответственно от 1,0 до 5,0 МПа. Теплопроводность — от 0,065 до 
0,15 Вт/ (м·К). В зависимости от содержания гранул пенополистирола, ДИПБЕТОН может быть отнесен к негорючим или слабогорючим материалам. Изготовление этого материала не требует большого парка форм, поскольку распалубку можно производить через 
20—30 мин после формования.
Производство пенобетонов на основе неавтоклавной технологии 
в настоящее время получает все более широкое распространение 
благодаря тому, что эта технология малоэнергоемка и позволяет 
получать материалы с хорошими строительно-техническими свойствами. Появление пенобетонов связано с развитием органической 
химии. Принцип их получения основан на введении в цементное 
тесто пенообразователей, являющихся в основном продуктами органического происхождения. Первый патент на получение пенобетона относится к 1925 г. и принадлежит Байеру [2]. Исследования 
по пенобетону проводились школами под руководством профессоров Г.П. Сахарова и Б.М. Румянцева (Москва), У.М. Махамбетовой (Казахстан), Л.Б. Сватовской (Санкт-Петербург), М.С. Гаркави (Магнитогорск), А.С. Коломацкого (Белгород) и др. [7]. 
Примером использования теплоизоляционного пенобетона в 
мировой практике является опыт немецкой фирмы «НЕОПОР» 
[13], которая с 1975 г. внедрила свою технологию пенобетона в 40 
странах мира. Эта и подобная ей технологии получили распространение в таких странах, как Германия, Швеция, США, Южная Корея и др.
Производство неавтоклавного ячеистого бетона осуществляется как в стационарных условиях, так и на мобильных мини-заводах. 
Интерес к производству изделий на мобильных установках обу

словлен тем, что максимально приближен к районам застройки, 
а это во много раз уменьшает транспортные расходы, позволяет 
обеспечить работой местное население, активизировать жилищное 
строительство. Немаловажным являются и сравнительно небольшие капитальные вложения в организацию небольших производств, их быстрое введение в эксплуатацию, возможность использования небольших крытых площадок или пустующих производственных корпусов.
Ячеистый бетон применяется и в сборном, и в монолитном вариантах как эффективный материал для утепления чердачных перекрытий, кровель, мансард, наружных и внутренних стен, теплоизоляции трубопроводов, для применения в виде стеновых блоков, 
панелей наружных стен, перекрытий [12; 22]. Темпы прироста ячеистых бетонов показаны в табл. 2.

Таблица 2

Прирост объемов производства ячеистых бетонов, млн м3
(фактические данные и прогноз)

Ячеистый бетон, млн м3
Годы

2003
2004
2006
2008
2010
2015
2020

Автоклавный
1,4
1,9
2,5
4,1
6,1
10,1
15,1

Неавтоклавный
0,6
0,8
1,2
1,8
2,6
5,1
8,1

Производство на 1 тыс. человек, м3
13
18
25
40
58
100
155

Практика получения неавтоклавных ячеистых бетонов показывает, что существенные трудности возникают при получении материала с плотностью от D500 и ниже. Эти трудности связаны в 
первую очередь с усадочными явлениями в процессе схватывания 
свежеприготовленной ячеистобетонной массы. Другим недостатком является неравноплотность изделий в массиве.
Специфика технологии ячеистых бетонов (в том числе неавтоклавного газобетона) требует повышенного расхода цемента, что 
связано с увеличением расхода воды. При гидратации и твердении 
газобетона в естественных условиях или при пропаривании конечная прочность изделия формируется за счет высокого химического потенциала системы цемент—вода. Высокая усадка является 
следствием низкой степени гидратации цемента в составе газобетонной смеси [17; 24].