Производство арболита

метки: Арболит, Производство, Технология, Строительство, Прочность, Зависимость, Добавка, Размер

Арболит — строительный материал, разновидность легкого бетона на основе древесной щепы (90% в составе) и связующего — высокосортного цемента (10% в составе), который прошел все технические испытания и был стандартизован в 1960-х годах. С 1984 года производство арболита и изделий из него регулируются ГОСТом 19222-84. [1] На территории бывшего СССР работало несколько десятков заводов по производству арболитовых плит. Строительство домов и объектов промышленного назначения из арболита велось на всей территории центральной части России, Сибири, несколько строений было построено даже в Антарктиде.

Но арболит, как строительный материал, в то время выпускали в виде панелей, похожих на те, из которых строили многоэтажные дома. Для строительства многоэтажек в советское время утвердили бетонные панели, ввиду их лучших несущей и конструктивной характеристик. Изделия из арболита использовались для строительства малоэтажных сельско-хозяйственных, промышленных, жилых и культурно-бытовых зданий.

Арболитовые панели, к сожалению, отвечали не всем требованиям. Так родилось решение о выпуске арболита в виде полнотелых блоков с размерами, удобными для кладки и перевязки стен, а также легкими по весу.

Арболит в виде блоков не мог не заинтересовать — по совокупности свойств и теплофизических характеристик ему не было аналогов среди других стеновых материалов.

1. Свойства и характеристики арболита

Основные показатели приведены в таблице 1.1. [1]

Таблица 1.1 — Основные свойства арболита

Показатель	Заполнитель — древесная щепа
Средняя плотность, кг/м3	500-850
Прочность при сжатии, МПа	0,5-3,5
Теплопроводность, Вт	0,08-0,17
Прочности при изгибе, МПа	0,7-1
Модуль упругости, МПа	250-2300
Морозостойкость, цикл	25-50
Водопоглащение, %	40-85
Усадка, %	0,4-0,5
Биостойкость	V группа
Огнестойкость	0,75-1,5 ч
Звукопоглащение, 126-2000 Гц	0,17-0,6

Характеристики арболита:

— Арболит имеет следующие марки: 50, 35, 25, 15, 10, 5. В зависимости от того, какую среднюю плотность в высушенном состоянии имеет арболит, он подразделяется на теплоизоляционный (средняя плотность составляет до 500 кг/м³) и конструкционный (средняя плотность — 500-850 кг/м³).

Зависимость плотности арболита от заполнителей представлена в таблице 1.2

арболит строительный теплопроводность

Таблица 1.2 — Средняя плотность арболита в зависимости от вида заполнителя

Вид арболита	Класс по прочности на сжатие	Марка по прочности при осевом сжатии	Средняя плотность, кг/м3, арболита на
			измельченной древесине	костре льна или дробленных стеблях хлопчатника	костре конопли	дробленой рисовой соломе
Теплоизоляционный	В0, 35	М5	400-500	400-450	400-450	500
	В0, 75	500-650	550-650	550-650	600-700
	В1, 0	М15	500	500	500	—
Конструкционный	В1, 5	—	500-650	550-650	550-650	600-700
	В2, 0	М25	500-700	600-700	600-700	—
	В2, 5	М35	600-750	700-800	—	—
	В3, 5	М50	700-850	—	—	—

— Экологически чистый материал. Арболитовый блок или древоблок (ГОСТ 19222-84), в зависимости от марки, может содержать в своем составе до 90% древесного наполнителя (щепы), его минерального связующего — высокосортного цемента и отвердителя — экологически безопасной химической добавки, применяемой также для очистки воды, что делает его экологически чистым продуктом. В арболите сочетаются лучшие качества камня и дерева

• Высокая биостойкость и слабая поражаемость микрофлорой, грибками, плесенью и химическими веществами

• Низкая теплопроводность. Теплопроводность арболита, высушенного до постоянной массы, в зависимости от вида заполнителя, определяемая при температуре (20±5)°C, не должна превышать указанной в таблице 1.3.

Таблица 1.3 — Теплопроводность арболита в зависимости от вида заполнителя

Вид заполнителя	Теплопроводность арболита Вт/(м*°К) при средней плотности, кг/м3
	400	450	500	550	600	650	700	750	800	850
Измельченная древесина	0,08	0,09	0,095	0,105	0,12	0,13	0,14	0,15	0,16	0,17
Измельченные стебли хлопчатника и рисовой соломы, костры льна и конопли	0,07	0,075	0,08	0,095	0,105	0,11	0,12	—	—

— Хороший воздухообмен. В домах, построенных из арболитовых блоков, как правило, никогда не бывает сырости, в связи с тем, что арболит хорошо впитывает и отдает влагу. Стены из арболита способны «дышать», поэтому в помещении происходит естественный воздухообмен, что можно рассматривать как дополнительный, а в некоторых случаях и единственный, источник вентиляции.

— Высокая теплоемкость. Арболит имеет высокий коэффициент теплоемкости, то есть при нагревании он способен поглощать тепло, а при охлаждении — отдавать. Высокая теплоемкость способствует созданию ровного климата в помещении, поэтому дневные и ночные колебания температуры не будут особо заметны.

• теплозвукоизоляция. Благодаря высокой пористости арболит обладает хорошими теплозвукоизоляционными свойствами. Снижаются расходы на отопление и вентиляцию, не требуется дополнительной звукоизоляции.

• Про морозостойкости арболит — F25-F50.

• По биостойкости 5 группа — не подвержен воздействию бактерий, гнили и грызунов.

• Высокая огнестойкость. Не смотря на то, что в состав арболита входит большое содержание древесной щепы, он не является пожароопасным и, в отличие от дерева, не поддерживает горение. Огнестойкость арболита составляет 0,75-1,5 часа.

— Небольшая масса, что позволяет сокращать расходы на возведение фундамента: вес одного арболитного блока, имеющего размеры 500х250х300 мм, будет составлять около 24 кг. Вес 1 м² стены при толщине 300 мм не превысит 200 кг, следовательно, конструкция получится достаточно легкой для того, чтобы сделать облегченный тип фундамента.

• Повышенная сопротивляемость к ударным нагрузкам, а также высокий предел прочности при изгибе.

• Высокая скорость строительства также обусловлена тем, что арболит имеет небольшую массу.

Однако арболит имеет и свои недостатки, главными из которых являются его неустойчивость к действию агрессивных газов и высокий уровень водопоглощения — 40-85%, что несколько ограничивает его применение в условиях высокой влажности.

. Сырьевые материалы для производства арболита

Для изготовления арболита и изделий из него применяют следующие материалы:

• минеральное вяжущее (портландцемент, портландцемент с минеральными добавками, сульфатостойкий цемент — кроме пуццоланового — по ГОСТ 10178 и ГОСТ 22266 марок не ниже 300 — для теплоизоляционного арболита и 400 — для конструкционного арболита);

• органические заполнители (измельченная древесина из отходов лесозаготовок, лесопиления и деревообработки хвойных (ель, сосна, пихта) и лиственных (береза, осина, бук, тополь) пород, костра конопли и льна, измельченные стебли хлопчатника и измельченная рисовая солома);

• добавочные вещества (ускорители твердения, парообразователь, пластификаторы, ингибиторы коррозии стали и др.) по ГОСТ 24211-08[2];

• вода по ГОСТ 23723.

Органические заполнители должны удовлетворять требованиям:

) измельченная древесина: размеры древесных частиц не должны превышать по длине 40, по ширине 10, а по толщине 5 мм, примесь коры не более 10%, хвои и листьев — более 5%.

) костра конопли и льна, измельченные стебли хлопчатника и измельченная рисовая солома: длина частиц — не более 40 мм, содержание очеса и пакли — не более 5%.

Древесный заполнитель, как и другие органические заполнители, обладает высокой химической активностью по отношению к минеральным вяжущем веществам. Это вызвано наличием в них легкорастворимых, химически активных веществ. Поэтому при проектировании состава арболита следует внимательно подходить к подбору химических добавок, используемых в качестве минерализаторов. Согласно нормативам рекомендуются три вида «минирализатора»: хлорид кальция, жидкое стекло и комплексная добавка из сернокислого алюминия и извести-пушенки.

Максимальный расход химических добавок кг/м3 для приготовления арболита (в пересчете на сухое вещество) представлены в таблице 2.1:

Таблица 2.1 — расход химических добавок

Химические добавки	Виды заполнителя
	Древесная дробленка	Костра конопли или льна
Хлорид кальция Стекло натривое жидкое Комплексная добавка: сернокислый алюминий + известь пушенка	8 8 20+25	6 9 15+20

1. Ускорители твердения: хлорид кальция СаCl2 (ХК), нитрат кальция (Са(NO3)2 (HК), нитрит-нитрат-хлорид кальция(ННХК), сернокислый глинозем(СГ), жидкое стекло+хлорид алюминия (ЖС+ AlCl2), хлорид кальция + оксид кальция (CaCl2 + CaO), гидрооксид кальция Ca(OH)2.

. Образующие пленку на поврхности заполнителя: стекло натриевое жидкое(ЖС), жидкое стекло+хлорид кальция (ЖС+ХК), жидкое стекло+сернокислый глинозем (ЖС+СГ), жидкое стекло+фуриловый спирт (ЖС+ФС).

.Пенообразующие: жидкостекольный пенообразователь ЖСПО (ЖС+канифоль+ NaOH), алкилсульфаная паста СП-1, вещество жидкое моющее СП-3.

.Воздухововлекающие: смола древесная омыленная (СДО), смола нейтрализованная воздухововлекающая (СНВ), омыленный древесный пек ЦНИПС-1.

.Гидрофобизирующие: этилсиликонат натрия ГКЖ-10, метилсиликонат натрия ГКЖ-11, полигидросилоксан ГКЖ-94.

. Технологическая схема производства арболита

Технология производства арболита в основном включает те же операции, что и технология обычного бетона на пористых заполнителях. Однако, органический целлюлозный заполнитель как специфический материал вносит свои коррективы во все технологические операции.

Схема приведена на рисунке 1[4]

Рисунок 1 — Технологическая схема производства 1. сырьё-древесина 2. конвейер 3. рубильная машина 4. циклон 5. бункер щепы 6. барабанный затор 7. молотковая дробилка 8. бункер дробленки 9. Виброгрохот 10. сетчатый контейнер 11. ванна для вымачивания заполнителя 12. бункер для песка или минеральных добавок 13. бункер для цемента 14. автоматические весы 15. шнековый конвейер 16. шиберный затвор 17. ёмкость для химических растворов 18. центробежный насос 19. дозатор химических растворов 20. смеситель раствора для фактурного слоя 21. смеситель арболитовой смеси 22. раздатчик 23. Ровнитель 24. металлическая форма 25. цепной конвейер 26. формовочный пост 27. Накопитель 28. камера термообработки

Технологическая схема производства арболита состоит из следующих стадий:

1. Дробление и подготовка заполнителя по гранулометрическому составу;

2. Замачивание древесной щепы в воде, приготовление раствора хлорида кальция;

. Дозировка компонентов арболитовой смеси;

. Приготовление арболитовой смеси;

. Формовка арболитовой смеси и уплотнение;

. Термообработка отформованных изделий;

. Вызревание при положительных температурах;

. Транспортировка изделий на склад.

Рассмотрим более подробно:

Кусковые отходы древесины измельчаются и выдерживаются в кучах на приемной площадке 1 не менее 1 месяца при положительной температуре, затем транспортером 2 подают в приемную воронку рубительной машины 3.

Основное преимущество барабанной рубительной машины перед дисковой — широкий, универсальный спектр применения. Полученная щепа через циклон 4 направляется в бункер щепы 5, откуда в барабанный дозатор 6 и далее для измельчения в молотковую дробилку 7. Измельченная древесина в виде дробленки поступает через циклон 4 в бункер дробленки 8, а после перемещается через барабанный дозатор на вибрационный грохот 9. На грохоте установлены два сита — верхнее с ячейками 10 мм, которое задерживает крупную дробленку, и нижнее — с ячейками 2 мм, предназначенное для отделения мелкой дробленки и пыли. Крупная дробленка возвращается на повторное дробление, а мелкая дробленка и пыль поступают в бункер отходов.

Фракционированная таким образом дробленая древесина засыпается в сетчатые контейнеры 10, в которых она поступает в ванну 11 для замачивания, откуда подается в смеситель 21.

Замачивание длится около 6 часов при гидромодуле не ниже 1:10, температура воды 20 °С.

Предварительная гидротермическая обработка целлюлозосодержащего и заполнителя с целью его облагораживания способствует существенному улучшению физико-механических свойств арболита.

Набухание в воде продолжается только до точки насыщения волокна, т. е. до влажности, составляющей 30%. Процесс этот сопровождается явлением разбухания, что выражается в увеличении размеров отдельных элементов и объема древесины в целом.

Песок находится в бункере 12, а цемент в бункере для цемента 13. Весовым дозатором 14 песок и цемент подаются шнековым питателем 15 в смеситель раствора для фактурного слоя 20 и смеситель арболитовой смеси 21. Для направления сыпучих материалов на конце шнекового питателя 15 находится шиберный затвор 16. Сюда же из дозатора химических растворов 19 подаются вода и химические добавки в виде водного раствора. Готовая арболитовая смесь из растворосмесителя 21 поступает в раздатчик 22, и с помощью ровнителя 23 формы 24 заполняются арболитовой смесью и уплотняются на формовочном посту 26, куда поступают при помощи цепного конвеера 25. Раствор или мелкозернистый бетон для фактурного слоя приготовляют в специальном бетонорастворном узле, оборудованном смесителем 20, раздатчиком 22, и ровнителем 23. Формы с изделиями перемещаются в накопитель 27 и далее на пост тепловой обработки и сушки изделий 28, где они находятся до приобретения необходимой для транспортировки прочности.

. Повышение прочности арболита

. Прочность арболита, как уже было ранее сказано, определяется сцеплением органического заполнителя с цементным камнем, а сцепление в свою очередь зависит от анизотропных свойств органического заполнителя.

. При постоянном расходе портландцемента существенное влияние на прочность арболита оказывает удельная поверхность древесного заполнителя. При изменении ее в пределах от 17,56 до 2,57 м2/кг прочность возрастает от 2,4 до почти 4 МПа, при этом толщина прослойки цементного камня соответственно увеличивается от 0,054 до 0,365 мм.

. С увеличением шероховатости древесного заполнителя до некоторого предела значение адгезии возрастает до тех пор, пока отдельные относительно крупные гребни (более 0,1…0,2 мм) не противодействуют образованию сплошной прослойки цементного камня.

. Прочность сцепления цементного камня с древесным заполнителем зависит от того, какая древесина — поздняя или ранняя — находится в зоне контакта с цементным камнем. Сила сцепления ранней древесины почти в 2 раза выше, чем поздней.

. Для повышения структурной прочности арболита имеет смысл модифицировать цементный камень с помощью бутадиенстирольного и дивинилстирольного латексов, а также поливинилацетатной дисперсии, которые широко применяются в строительстве и промышленности. Такие добавки, кроме того, что повышают прочность арболита, еще и увеличивают его гидрофобность — при увлажнении частицы полимеров, находящихся на поверхности заполнителя, набухают и закупоривают поры, чем препятствуют проникновению влаги внутрь заполнителя. Что в свою очередь ведет к повышению долговечности арболита.

. Применение арболита в строительстве

Из арболита изготавливают стеновые панели и блоки. Блоки, имеющие размеры 300х200х500 мм, предназначаются для возведения наружных стен, а блоки с размерами 200х200х500 мм — для устройства внутренних перегородок. Также плиты, покрытия для совмещенных кровель и плиты перекрытия, усиленные железобетонными брусками или несущей основой, перегородочные плиты для первых этажей культурно-бытовых зданий и магазинов, тепло- и звукоизоляционные плиты, объемно-пространственные конструкции, монолиты и т.п. В Баку с 1975 г. применяют арболитовые плиты сборной стяжки (М50) под линолеум и паркет. В настоящее время линолеум, цены на которой невысокие пользуется большой популярности среди населения.

Для повышения индустриализации и эффективности внедрения арболита в сельском производственном строительстве ЦНИИЭПсельстрой совместно с НИИЖБом разработал рабочие чертежи «Однослойные стеновые панели из арболита для сельскохозяйственных зданий длиной до 6 м» (шифр 16-18), которые можно применять и для надворных хозяйственных построек в усадебном строительстве на селе. Номенклатура панелей из арболита включает прямоугольные изделия толщиной 200, 250, 300, 350мм. Длина панелей в рабочем положении 6; 4,5; 3; 1,8; 1,5 м, высота 0,6; 0,9; 1,2м.

Арболитовые панели чаще всего имеют размеры 2300х1200 мм при толщине 200 или 280 мм. Обычно их применяют в качестве теплоизоляционного материала.

Все выше приведенные размеры не являются единственно возможными, так как производители изготавливают блоки из арболита и других размеров. Кроме того, арболитовые изделия, согласно ГОСТ 19222-84 [1], могут иметь цементно-песчаное или цементно-песчано-известковое внутреннее покрытие. Арболит широко применяется в гражданском и промышленном малоэтажном строительстве. В зависимости от марки арболита его можно использовать для строительства 2-3-х этажных жилых зданий, сельскохозяйственных и складских помещений.

Также арболит хорошо зарекомендовал себя в качестве материала для строительства гаражей, подсобных помещений, заборов и других ограждающих конструкций. Однако Дом советов отмечает, что здесь необходимо знать, что наружная поверхность ограждающих конструкций, выполненных из арболита, подлежит дополнительной отделке материалом, имеющим с арболитом надежное сцепление (например, декоративный бетон) для защиты от влажности. С той же целью при строительстве домов из арболита, цоколь выполняют из кирпича или бетона, а карниз выносят не менее чем на 50 см.

1 ГОСТ 19222-84. Арболит и изделия из него. Общие технические условия

2 ГОСТ 24211-08 Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия

Справочник по производству и применению арболита / П.И. Крутов [и др.]; ред. И.Х. Наназашвили. — М.: Стройиздат, 1987 Интернет- ресурсы:

Оборудование и технологии для производства строительных материалов; Особенности технологии арболитовых изделий и конструкций.