Пенобетон в ретроспективе времен

Первым изобретателем ячеистого бетона был инженер Гоффаман, который изготовил его в 1891 году в Праге. Процесс изготовления заключался в том, что в результате химической реакции выделялся газ, который поризовывал бетон. Позднее такой бетон назывался газобетоном, и его технология изготовления была неоднократно модифицирована. На сегодняшний день наиболее распространённым методом является способ, когда поризация осуществляется пузырями водорода, который выделяется в процессе химической реакции между алюминиевой пудрой и вяжущим.

В зависимости от вида вяжущего получаемые таким способом ячеистые бетоны тоже подразделяются. Если вяжущее цемент – это газобетон, если вяжущим выступает смесь извести и песка – газосиликат. Способ получения ячеистого бетона путем смешения заранее приготовленной стойкой воздушно-механической пены с вяжущим был впервые предложен датским инженером Байером еще в 1911 г. Но только к 1925 г., сначала в Германии, а затем и в других странах этот способ получения ячеистого бетона нашел должное распространение. В СССР в, те времена, из ячеистых бетонов применялся в основном пенобетон. Благодаря удачным технологическим находкам советских ученых и изобретателей Брюшкова М. Н., Гензлера М. Н., Шульца К. И., Линденберга С. А., Кауфмана Б. Н., Розенфельда Л. М. в предвоенные годы было развернуто его массовое производство.

Как менялась технология все эти годы? Что появилось нового, о чем забыли, в чем заблуждались? В чем опередили мировую строительную науку, а в чем она нас? На многие эти вопросы помогут ответить первоисточники. Давайте вместе бережно перелистаем пожелтевшие раритеты…

Справочный листок всесоюзного общества рационализаторов строительства и ЦК
Профсоюза рабочих цементной и керамической промышленности.
Декабрь 1931 г.

ПЕНОБЕТОН

П-Б – Пенобетон (ячеистый бетон),
Schaambeton, Zellenbeton, Aerobeton.
ОСТ – не имеется.

Пенобетон, который в дальнейшем мы будем обозначать сокращенно буквами П-Б, представляет новый и более совершенный вид теплого бетона. В заграничном строительстве он уже широко применяется, а у нас в Союзе пока еще мало известен. По своему внешнему виду и внутреннему строению он представляет собою как бы окаменелую пену из портландцементного раствора, в котором включено множество равномерно распределенных, мелких, совершенно закрытых пузырьков воздуха, не сообщающихся между собой. П-Б, благодаря такому наполнению воздухом, легок и отличается малой теплопроводностью и плохой звукопроводностью, чего не имеют обыкновенные цементные бетоны.

Первенство в изобретении П-Б принадлежит Эрику Байему и Копенгагене.

За границей П-Б производится в настоящее время многими фирмами: Христиании и Нильсен в Германии, Буббльстонский К-о в САСШ и т.д. В СССР П-Б научно проработан вполне самостоятельно в отделе строительного и технического камня Института прикладной минералогии А. Брюшковым. Проработка не вышла пока за пределы чисто лабораторных опытов, почему свойства и константы нашего П-Б выявлены пока не вполне.

Основные свойства П-Б

Основные свойства П-Б можно видеть из следующих указаний, заимствованных из заграничных проспектов и отчасти проверенных нашими исследованиями на своих П-Б:

1. Объемный вес П-Б лежит в широких пределах от 0.3 до 1.3.
2. Теплопроводность П-Б (коэффициент) изменяется в зависимости от объемного веса и состава от 0.05 до 0.3.
3. Звукопроводность – в общем, очень незначительная – изменяется в прямой зависимости от коэффициента.
4. Крепость П-Б, т. е. временное сопротивление раздавливанию во много раз меньше, чем у обыкновенных цементных бетонов и лежит в пределах от 5 кг/см² до 55 кг/см², в зависимости от объемного веса и состава: чем меньше объемный вес, тем меньше и крепость П-Б.
5. По морозоупорности П-Б не уступает лучшим сортам строительного кирпича.
6. Водопроницаемость и водостойкость П-Б таковы, что П-Б, имеющие объемный вес меньше воды, плавают на ней неопределенно долгое время.
7. Огнестойкость П-Б настолько значительна, что они разрушаются только при температуре вблизи 1000°C.
8. С железом П-Б образует прочную связь, благодаря чему он может с успехом применяться в армированном железом виде, т.-е. в железо-пено-бетоне.
9. П-Б хорошо заформовывается в виде камней, блоков и т. п., и одевается штукатуркой, а равно и сам наносится в виде штукатурки.
10. П-Б пилится, строгается и хорошо гвоздится.

Из вышеприведенных свойств можно заключить, что П-Б представляет собою:

• а) Водостойкий и огнестойкий материал, по своим изоляционным свойствам могущий заменить высокодефецитную пробку и дерево.
• б) Легкий и наиболее теплый бетон для стенных заполнителей при железо-каркасной системе постройки, а также и для отепления стен и покрытий из других, более теплопроводных материалов.
• в) Защитный материал для железных балок и конструкций в целях утепления их и предохранения от вредных деформаций при пожаре.
• г) Экономичный расход портландцемента, вследствие значительного снижения толщины стен в соответствии с климатическими требованиями.
• д) Экономичный в отношении транспорта и работы в тех случаях, когда П-Б производится на самой постройке и применяется путем заполнения опалубленных пространств (литой П-Б), как это практикуется уже заграницей.

Для иллюстрации этих положений приводим таблицу, показывающую толщину стен из различных строительных материалов, имеющую одинаковый тепловой эффект.

	Толщина стены в см.	Вес материала в кг/кб. м.	Коэффициент теплопроводности
Лучшая пробка	2,5	50	0,035
П-Б для теплов. изоляций	3,4–3,8	300	0,05–0,055
Сухое дерево	10,0	600	0,14
П-Б для перекрытий	11,0	800	0,16
Камни из П-Б	18,0	1100	0,25
Кирпичная стенка	46,0	1750	0,66
Цементный бетон	84,0	2200	1,20

Производство П-Б состоит из следующих операций:

• а) – приготовления устойчивой пены специального состава
• б) – приготовления цементного раствора без наполнителя или с мельчайшим песком в количестве до 4 объемов на объем портландцемента
• в) – присадки пены к раствору и смешении с последним в однородную массу
• г) – формовании последней
• д) – выдержки П-Б.

а) Приготовление устойчивой пены требует по нашим проработкам следующих двух растворов:

1. Раствора мыльного корня: 50 гр. мелко измельченного сухого корня доводится до кипения с 1 л. воды. После медленного остывания раствор отфильтровывается через частую ткань.
2. Раствора щелочного альгината: 35–40 г мелкоизмельченной сухой «морской капусты» зрелого возраста, обмывается водой от морской соли и настаивается двое суток в 1 л. горячей воды, содержащей 10 г. кальцинированной соды. Набухшая в студень капуста продавливается через холщевый мешок, чтобы освободиться от целлюлозы и доводится водой до 1,5 л.

Берется для получения пены:

1. Раствора мыльного корня: 10–20 объемов
2. Альгинатного раствора: 30–40 объемов
3. Воды: 60–40 объемов

Все это сбивается в пену в аппарате, устройство которого показано здесь в поперечном разрезе.

Пенообразующий раствор подается в кожух через воронку «ж» на такую высоту, чтобы он захватывался вращающимися крыльями и взбивался ими при медленном вдувании (помощью, например, резиновой груши) небольшого количества воздуха через дырчатую трубку «б» на дне кожуха. Взбитая пена выталкивается из аппарата по лотку «в».

В наших опытах пробовали мы заменять раствор мыльного корня 5%-ным раствором мылонафта или 2%-ным раствором канифольного клея, а альгинатный раствор – 3%-ным раствором костяного (малярного) клея, при чем брали: 25–30 объемов раствора мылонафта (или канифольного мыла), 30 объемов клеевого раствора и 45–50 объемов воды. Пена получалась менее устойчивая, чем приготовленная по первому рецепту. Э. Байер, как видно из патентного описания, берет для пены смоляное мыло, растительную слизь, желатин и формалин.

Смоляное мыло – (например канифольное) не только образует пену, но и придает П-Б требуемую водоустойчивость.

б) Затворение цементного раствора
Без песка или с таковым, производится размешиванием с отмеренным количеством воды, которой берется приблизительно одна треть по весу цемента (плюс вода, требующаяся на смачивание песка) в аппарате, о котором будет сказано дальше.

В целях ускорения схватывания цемента 1/6–1/7 часть затворящей воды заменяется раствором жидкого стекла крепостью 38–40° по Боме или же вместо воды берется 3%-ный раствор кристаллического хлористого кальция. Для большей водоустойчивости добавляют раствор церезита или, как выше отмечено, – канифольного мыла. Последнее получается при осторожном кипячении (бурное вспенивание) 1 кг канифоли в 2 л воды, содержащей 150 г кальцинированной соды. Полученный раствор разбавляется водой до 20 литров.

в) Присадка пены к цементному раствору
Производится в аппарате, похожем по принципу своего действия на описанный выше и разнящийся от него большими вырезами в крыльях, меньшей их шириною по отношению к расстоянию между осями д, д и опорожнением снизу кожуха или же путем опрокидывания последнего. Такой аппарат может служить и для затворения цементного раствора, к которому здесь же примешивается потом пена. Количество присаживаемой пены сообразуется собственным весом П-Б, но обыкновенно оно не превышает 15% по весу цемента или 7–10% по весу цемента с песком.

г) Формование изделий
Для изготовления камней, блоков или плит пеноцементный раствор накладывается в деревянные формы с разборными (на клиньях) боковыми стенками, смазанные нефтяным маслом. Мелкие и тонкие заформования могут получаться распилкой более крупных, например, плиты – распилкой камней. Заливка П-Б непосредственно в опалубку производится последовательно слоями не толще 15–20 см. после достаточного отвердения налитого раньше слоя.

д) Вызревание П-Б
Помещение для производства Ц-Б должно иметь температуру не ниже 10°С. Чтобы ускорить выемку заформованных изделий из форм, обдерживают заформования в специальном помещении, имеющем температуру в 40–60°С, до прогрева заформований на всю их толщу. Извлеченные из форм изделия смачиваются водой и складываются в невысокие штабели: зимой в отапливаемом помещении, а летом – под навесами, пока не окрепнут и не досохнут в достаточной степени.

Вследствие отсутствия у нас производства П-Б на него не имеется стандарта. Из литературы по пенобетону имеется: А.А. Брюшков Газо- и Пенно-бетон издан. ВОРС*а 1930 г. Ц. 40 к. и его же Газо- и Пенно-бетон издан. Ин-та прикл. Минералогии 1931 г. Ц. 50 коп. Заграничная литература почти отсутствует вследствии патентной засекреченности заграницей производства пенобетона. В СССР имеется еще специалист по пенобетону М. Н. Гензлер в Ленинграде, работающий пено-бетон по запатентованному им способу в полузаводском масштабе.

Инж. П. Брюшков.
Главлит от 29/XII-31 г.
Тираж 10.100 экз.

(Полный текст приведен по архивному экземпляру из Харьковской научной библиотеки им. В. Г. Короленко, код хранения – 328200. Язык и стилистика первоисточника сохранены, чертеж реставрирован.)

Как видим, за 70 лет в технологии производства пенобетона ничего существенно не поменялось. Но, тем не менее, к тексту требуются комментарии.

1. САСШ – так ранее называли США (Северо-Американские Соединенные Штаты)
2. Альгинат натрия и сейчас продолжают получать из морских водорослей, но его применение в технологии пенобетона не нашло должного распространения – дорого. Для стабилизации сапониновых и смоляных пенообразователей применяют природные коллагены – клей столярный.
3. Э. Байер, упоминаемый в тексте, использовал пенообразователь на основе смоляных кислот застабилизированный желатином. Сохранность от загнивания ему придавал формалин. Что такое «растительная слизь» разгадать не удалось.
4. Еще 70 лет назад при изготовлении пенобетона весьма настоятельно рекомендовалось применять ускорители, в частности жидкое стекло (силикат натрия) и хлористый кальций.
5. Брюшков отмечает, что в случае применения гидрофолизирующих пенообразователей (на основе сапонинов) гидрофобные свойства пенобетону можно придать путем введения добавок-гидрофобизаторов – церезита (алюминиевая соль жирной кислоты, не путать с современной торговой маркой «Церезит») или смоляных кислот. В настоящее время в этом плане более эффективны кремнийорганические гидрофобизаторы.
6. Брюшков акцентирует внимание на температурные и влажностные условия производства и вызревания пенобетона. Его рекомендации остаются в силе и поныне.