Производство пеноарболита

В 2023 году в городе Иваново запущено первое в России промышленное производство серийной продукции из пеноарболита — панелей и блоков. Этот проект реализован на базе компании «Русский Арболит», которая с марта 2021 года занимается производством арболитовых панелей. На данный момент мы предоставляем полный комплекс услуг для наших клиентов: проектирование домов из арболита, производство и поставку панелей и блоков, монтаж домокомплектов и строительство домов.

Пеноарболит — это строительный материал, получаемый путем смешивания цементного вяжущего, минеральных добавок, воды, пенообразователя и предварительно обработанной древесной щепы. В результате химических и физических процессов материал приобретает пористую структуру, которая обеспечивает низкую теплопроводность и высокую звукоизоляцию. Благодаря этому он обладает низкой теплопроводностью, высокой звукоизоляцией и устойчивостью к влаге. В сравнении с классическим арболитом пеноарболит имеет более однородную структуру, а по сравнению с газобетоном — большую механическую прочность и гибкость.

Производство пеноарболита включает несколько технологических этапов, начиная с подготовки сырья и минерализации древесной щепы, далее происходит смешивание компонентов, формование блоков и их выдержка до набора прочности. Каждый этап влияет на качество конечного продукта, обеспечивая прочность, теплоизоляционные свойства и долговечность материала.

Первый этап производства пеноарболита — подготовка древесины и её переработка в щепу. В качестве сырья используются отходы лесозаготовок, преимущественно хвойных пород: сосны и ели. Основные поставки идут с пилорам.

Применяется только сухая (не свежеспиленная) древесина, так как лежалый лес содержит меньше сахаров. Высокое содержание сахаров в свежеспиленной древесине мешает схватыванию цемента, снижая прочность материала. Они препятствуют гидратации цемента, замедляют процесс твердения и могут вызывать разрушение цементной матрицы со временем. Древесина, пролежавшая более года, теряет сахара естественным образом — под воздействием влаги от осадков, выветривания и процессов разложения.

Согласно пункту 1.4.3 ГОСТ 19222-84, содержание примеси коры в измельчённой древесине для производства арболита не должно превышать 10%. В пеноарболите количество обзола составляет 5–7% от общего объёма древесного заполнителя. Большая часть коры удаляется на этапе дробления и утилизируется, оставшиеся примеси отсеиваются при сепарации.

На этапе дробления древесины используется дисковая молотковая дробилка, разработанная в нашем конструкторском бюро с учётом специфики производства. Её основное преимущество — дизельный привод, благодаря которому оборудование не зависит от электроэнергии. Если перевести дробилку на электропривод, её мощность составила бы 90 кВт, что является значительным показателем.

В измельчителе учтены многочисленные нюансы, позволяющие достичь максимальной производительности при минимальных потерях отходной части. Измельчитель оснащён калибровочной сеткой, как и большинство дисковых дробилок, предназначенных для получения арболитовой щепы. Благодаря оптимизированному процессу дробления снижается себестоимость производства сырья, что, в свою очередь, положительно влияет на конечную стоимость пеноарболитовых панелей для клиентов.

После дробилки идёт сортировочная линия, включающая барабанные сита, скребковые транспортеры, систему сепарации, циклон и отдельную ветку для гидроудаления мелкой фракции.

Входная фракция, поступающая из измельчителя, разделяется на три основные категории. Две промежуточные фракции уходят в отходы: пыль и фрагменты обзола — через гидроудаление с сепарацией, мелкая щепа — через барабанное сито. Мелкая фракция используется в перегородочных блоках. Основная фракция направляется по конвейеру в бункер хранения щепы, который служит промежуточным звеном между зоной смешения и следующим этапом производства — приготовлением смеси.

В этом узле находятся ёмкости с минерализатором, где готовятся жидкие химические компоненты. Здесь растворяют хлористый кальций в кубитейнерах и проводят его барботаж, то есть перемешивание.

Минеральная база используется для улучшения качества пеноминеральной цементной матрицы, или, проще говоря, пенобетона. Она выполняет функцию клеевого слоя, связывая щепу с цементом. Чем прочнее эта матрица, тем выше прочность конечного продукта.

Щепа в данном случае играет роль наполнителя, аналогично фибре, и частично формирует каркас. В отличие от классического арболита, где щепа удерживает связи только в контактных зонах, в поризованном арболите адгезия значительно выше. Благодаря этому он превосходит классический арболит по прочностным характеристикам.

Поризованный арболит обладает монолитной структурой, что обеспечивает его более высокую прочность. В классическом арболите этот показатель ниже, особенно динамическая прочность. Мы поддерживаем её на уровне не ниже B1,5. Хотя у классического арболита прочность также может достигать B1,5, для него это предельное значение, тогда как для пеноарболита B1,5 является минимальной прочностной характеристикой.

Пока в щепе происходит процесс минерализации, требуется подготовить пеноцементную минеральную смесь для смешивания в активаторе. В дозатор подается минеральные порошки и нужное для замеса количество цемента. Мы используем цемент марки М500 производства Holcim (г. Калуга).

На хранения цемента используется два силоса вместимостью по 30 тонн каждый, что позволяет нам поддерживать значительный запас сырья и снижать зависимость от оперативности поставок с цементных заводов.

Все компоненты минеральной смеси для пеноарболита дозируются с помощью электронного комплекса управления. Используется весовой контроллер для дозирования многокомпонентных смесей, накопительные бункеры оснащены тензометрическими датчиками. Это обеспечивает стабильность состава и высокое качество строительного материала.

После того как минеральные порошки поступят в общий накопитель, оператор дистанционно сбрасывает их в активатор.

Кючевой элемент технологического процесса пеноарболита — активатор. Он был разработан в нашем конструкторском бюро и отличается от стандартных моделей, представленных на рынке. Активатор позволяет готовить пеноминеральную цементную смесь, регулировать её плотность и вводить различные добавки. Благодаря активации смешивания он обеспечивает контроль над реологией смеси и её качеством, а также обладает уникальными конструктивными особенностями, улучшающими процесс подготовки материала.

Принцип действия активатора заключается в интенсивном смешивании цемента, химических добавок и пластификатора, которые последовательно подаются из дозатора в его жидкую среду.

Пластификатор снижает водопотребление смеси, что способствует увеличению её прочности. Он также также выполняет расклинивающее действие, чтобы зерна цемента разнести между собой, что повышает однородность и равномерную кристаллизацию цемента.

В качестве пенообразователя мы используем органический тип, поскольку он обладает высокой стабильностью и не влияет негативно на гидратацию цемента. В отличие от синтетических пенообразователей, которые могут разрушать цементную матрицу и снижать прочность материала, органический пенообразователь обеспечивает равномерное распределение воздушных пор и стабильность структуры. Это позволяет улучшить характеристики смеси и повысить конечную прочность бетона.

В процессе активации смеси смешивание происходит на высоких оборотах, а оператор контролирует их количество для достижения необходимой подвижности состава. На завершающем этапе оператор проводит контрольное взвешивание смеси, проверяя её плотность, количество и соответствие установленным параметрам цементно-минеральной базы после смешивания с водой и добавками.

Промежуточные замеры выполняются с помощью мерника, фиксируя плотность и массу компонентов. Система дозирования настроена заранее и контролируется электронно, поэтому ручная корректировка параметров требуется редко. Все результаты взвешивания заносятся в журнал, что позволяет отслеживать качество замеса и выявлять возможные отклонения.

Фиксация данных необходима для контроля качества и диагностики возможных дефектов, таких как трещины или нарушения целостности панели. Записи помогают нам определить, на каком этапе могло произойти отклонение — при заливке или на стадии смешивания из-за нарушения технологии. Каждый параметр тщательно контролируется.

После фиксации данных оператором в активатор вводится пена при заданных оборотах, что приводит к образованию пеноцементной минеральной базы. Затем оператор повторно взвешивает смесь, контролируя её плотность и соответствие установленным параметрам. Все полученные данные также заносятся в журнал для дальнейшего контроля.

Далее включается основной смеситель, в котором уже находится древесная щепа с минерализатором. Из активатора в него с помощью шланга постепенно подается пеноцементная минеральная база. Происходит окончателный замес в котором приготавливается поризованный арболит - пеноарболит.

Во время замеса осуществляется визуальный контроль за влажностью материала. При необходимости добавляется вода. Как правило, оператор отслеживает влажность щепы с помощью влагомера. Зная исходные параметры материала, он может точно определить, в каких пределах требуется корректировка влажности.

Смеситель имеет общий объём 9 кубометров. Максимальный единоразовый замес который производится у нас — 3 куба.

Так как древесная щепа является довольно своеобразным материалом и имеет большую насыпную плотность, объем смесителя при производстве арболита должен подбираться по объему щепы. То есть он должен быть почти в три раза больше. На нашем производстве основной смеситель имеет общий объем 9 кубометров, а объем готовой смеси, которую он выдает, составляет 3 кубометра.

Общий цикл приготовления смеси длится в районе 12 минут. Сам замес производится примерно за 6 минут. После того как смесь будет готова, под смеситель подгоняется вибротележка, на которой закреплён бункер-раздатчик, в простонародье называемый «Туфелькой», либо соответствующая форма для панелей.

Для производства панелей серии «ПРО» используются стальные формы с съёмными магнитными бортами и перегородками. Размер основания форм — 3 × 4 и 5 × 7 метров, что позволяет изготавливать панели любых размеров в пределах этих габаритов.

Благодаря применению магнитной быстросъёмной опалубки возможно формование панелей трапециевидной формы с заданными углами скоса, что особенно актуально при изготовлении фронтонов и других нестандартных элементов зданий.

В некоторых панелях предусмотрены технологические ниши для опирания перемычек. Эти элементы формируются с помощью специальных пустотообразователей заданных размеров, которые устанавливаются в форму перед заливкой смеси.

Для производства перегородочных блоков из пеноарболита применяются стальные формы, рассчитанные на 25 блоков стандартного размера 600×125×250 мм. После заливки смеси каждая ячейка формы запечатывается крышкой, что обеспечивает стабильную геометрию блоков на этапе первичного твердения.

Стеновые блоки из пеноарболита на данный момент не производятся.

Для специальных заказов на предприятии предусмотрена возможность изготовления оснастки нестандартной формы. Например, как на представленных фотографиях — арочные панели, предназначенные для объектов рекреационного назначения. Такие формы разрабатываются индивидуально под проект и позволяют выпускать элементы сложной геометрии.

Перед заливкой смеси формы необходимо очистить от остатков застывшей смеси после предыдущих циклов. Очистка выполняется вручную, так как механический способ нежелателен — существует риск повреждения формы. Несмотря на то, что формы выполнены из металла, многократное воздействие инструментом может изменить их геометрию, что впоследствии негативно скажется на качестве готовых изделий.

Формы смазываются маслом на минеральной основе, чтобы предотвратить прилипание арболитовой смеси и облегчить извлечение готовых изделий. После высыхания на панелях не остается ни следов, ни пятен, что сохраняет чистоту поверхности и не мешает последующим штукатурным работам.

В отличие от классического арболита, пеноарболитовые панели и блоки изготавливаются методом вибролитья. Пеноарболитовая смесь схожа со стандартным бетоном и имеет подвижность порядка P3–P4. Классический арболит формуется путём послойной укладки в форму с последующим трамбованием. Такой способ менее производителен: он требует больше времени, не всегда обеспечивает равномерное уплотнение по объёму и в большей степени зависит от человеческого фактора. Кроме того, из-за ограниченной подвижности смеси (обычно она ближе к жёсткой) при недостаточной квалификации рабочих могут возникать пустоты и неоднородности в теле изделия, что снижает его прочность и стабильность геометрии.

Метод вибролитья позволяет добиться более высокой плотности и однородности материала. За счёт вибрационного уплотнения смесь равномерно распределяется в форме, исключаются внутренние пустоты и обеспечивается стабильное качество поверхности. Это особенно важно при производстве крупноформатных панелей, где геометрическая точность и прочность по всей площади критичны.

Пеноарболитовые панели серии «ПРО» изготавливаются только по индивидуальным размерам, строго под проект заказчика. Заявка на производство формируется после технического согласования с проектным отделом. В заявке указываются номенклатура и количество панелей, точные размеры и особенности исполнения, например, ниша под армопояс или плечо опирания перемычек.

Далее рабочие, согласно заявке, выставляют размеры формы, фиксируя борта и перемычки с помощью магнитных зажимов. При необходимости в форму вставляются пустотообразователи. Перед заливкой повторно проверяются основные размеры: высота, длина панели и её диагонали.

Блоки также изготавливаются из пеноарболита, их состав во многом схож с панелями. Однако для блоков используется мелкая фракция щепы, тогда как для основных панелей применяется более крупная, соответствующая требованиям, а не отсев.

Главное различие при подготовке пеноарболита — корректировка количества воды. Мелкая фракция щепы потребляет больше влаги, поэтому стандартного расчётного количества воды, подходящего для крупной щепы, оказывается недостаточно.

Заливка осуществляется в формы с заранее заданными ячейками под блоки. Геометрия ячеек фиксирована и не подлежит изменению.

Перед распалубкой смесь удерживается около 8 часов. Этого достаточно для набора распалубочной прочности, чтобы изделия можно было перемещать на склад с помощью захватов.

Минимальный срок достижения транспортировочной прочности составляет 3 дня. По истечении этого времени изделия уже можно безопасно транспортировать и даже устанавливать на объекте. К этому моменту прочность достигает примерно 45–50% от проектной, однако этот показатель зависит от условий сушки. В зимний период панели выдерживаются в сушильной камере не менее суток. В межсезонье, при температурах +5…+10 °C, формы оставляют под укрытием на ночь, а на следующее утро выполняется распалубка.

На территории завода ЖБК есть лаборатория с прессом для испытаний. В ней проводится контроль параметров тяжёлого бетона, и мы используем это оборудование для проверки своих образцов.

Сотрудники лаборатории ведут журнал испытаний — мы приносим выпиленные или специально залитые образцы пеноарболита и они определяют их прочность. Проверки выполняются примерно раз в две–три недели, чаще всего при поступлении новой партии цемента или изменении параметров древесины, например, её влажности. Свежеспиленную древесину мы стараемся не использовать, но при необходимости приходится.

Для хранения панелей внутри производственного цеха выделена обширная площадь, что позволяет набирать изделиям прочность панелям в холодное время года.

Поскольку панели серии «ПРО» изготавливаются по индивидуальным заказам, они укладываются в штабеля, разделённые по секциям. Каждая секция закреплена за конкретным заказом, что упрощает отгрузку и исключает путаницу.