Современная технология производства бетона

Введение

Из года в год промышленная индустрия всего мира стремится  к уменьшению потребления энергоресурсов, к повышению экологической безопасности на предмет выбросов отходов в  окружающую среду и безопасности для здоровья человека В настоящее время технология высокопрочного бетона получила новое развитие в сфере производства декоративных и отделочных материалов. В этой сфере уже 19 лет трудятся сотрудники компании СИСТРОМ во главе с ученым и изобретателем мрамора из бетона.

 Высокие физико-механические характеристики изделий из высокопрочного декоративного бетона СИСТРОМ позволяют ему конкурировать с натуральными изделиями из мрамора и гранита. Известно, что прочность натурального мрамора составляет около 600 кг/см2, а прочность изделий из бетона СИСТРОМ составляет 800-1000 кг/см2. И дело здесь не только в высокой прочности, но и в поразительном сходстве двух материалов по цвету и фактуре рисунка, поэтому высокопрочный декоративный бетон СИСТРОМ сегодня заслуженно имеет название – мрамор из бетона.

Технология мрамора из бетона СИСТРОМ привлекает начинающих производителей и людей бизнеса  простотой изготовления изделий  из мрамора из бетона и доступности  сырья. После пятидневного курса  обучения любой человек может  самостоятельно открыть минизавод  по изготовлению мрамора из бетона. Оборудование по производству плитки из мрамора из бетона состоит из бетоносмесителя планетарного типа, вибростола и форм. Такой минизавод  может выпускать из мрамора из бетона облицовочные и тротуарные плитки, производить балясины, ступени, напольные  плиты и другие малые архитектурные  изделия, и отделочные материалы. Производство фасадного природного камня по технологии мрамора из бетона включает в себя около 100 видов камня различного рельефа, фактуры и цвета.

Особую популярность мрамор из бетона сегодня получил за счет производства балясин и других элементов  балюстрады. Изготовленные по системе  мрамор из бетона СИСТРОМ элементы балюстрады позволяют проводить  монтаж, как на ровном основании, так  и на ступенях, что позволяет реализовать  многие архитекторные решения, к  примеру, такие как организация  парадного входа или балкона  из мрамора из бетона. 
При помощи отделочных материалов из высокопрочного декоративного бетона по технологии мрамор из бетона СИСТРОМ любую «коробку» частного дома можно превратить в настоящее произведение искусства от цокольного этажа до элементов крыши.

При помощи тротуарных плит и элементов благоустройства  ландшафта из мрамора из бетона СИСТРОМ  сегодня можно преобразить любые, казалось бы, безнадежные земельные участки.

Благодаря широкой номенклатуре изделий элементов интерьера  из мрамора из бетона от компании СИСТРОМ  сегодня можно создать уникальные и неповторимые композиции архитектурных  решений с фактурой натурального камня, таких как камины, фрагменты  стен из дикого камня, вазоны, ниши, арки и другие.

Мрамор из бетона от компании СИСТРОМ является экологически чистым материалом, что подтверждено санитарными  и гигиеническими сертификатами  Российской Федерации

  Цель данного реферата  рассмотреть и подробно изучить  технологию производства и применения  мраморного бетона в современном  строительстве. Для  этого из  различных источников была  собрана   необходимая  информация, чтобы  у слушателя сложилось целостное  представление о данном вопросе.

В последнее время широкое  распространение получили технологии производства бетонных изделий с  цветными разводами под разными  названиями такими как «гранилит», «кевларобетон», «искусственный мрамор», «искусственный камень», «мрамор из бетона», «цветной бетон», «систром», «декоративный  мрамор», «декоративный бетон» и  так далее. По своей сути все это  разные названия одной и той же технологии. Некоторые путают данную технологию с технологией полимербетон. Ниже приводится описание общее для всех этих технологий.

- Декоративный высокопрочный мелкозернистый бетон.

Описывается технология, вобравшая  в себя лучшее от полусухого формования и вибролитья и позволяющая на обычном отечественном сырье (песке, цементе, пластификаторе, пигментах) и  стандартном оборудовании (бетоносмесителе  и виброплощадке) производить облицовочную плитку, по своему внешнему виду и физико-механическим характеристикам соответствующую  мрамору.

Общепринято под декоративным бетоном понимать бетоны, в состав которых входят декоративные белые  цементы, пигменты и иногда специальные  заполнители, такие как мраморная  крошка разных цветов. 
До недавнего времени область применения таких бетонов в основном сводилась к изготовлению так называемых монолитных мозаичных полов или предварительно изготовленных по той же технологии плиток. Технология включает в себя приготовление цветных бетонов с мраморной крошкой и последующей механической обработкой поверхности шлифовальными машинами. Такая обработка затвердевшего бетона позволяет вскрыть поверхностный слой и проявить структуру мраморного заполнителя и цветной растворной части.

Как правило, процесс обработки  лицевой поверхности бетона занимает много времени, требует больших  затрат электроэнергии, специального оборудования и большого расхода  воды, которая становится в процессе шлифования грязным отходом и  создает экологические проблемы. Кроме того, используемые расходные  материалы – шлифовальные камни, специальные пасты и порошки  – значительно повышают себестоимость  готовой продукции. Что же касается получаемого в конечном итоге  качества лицевой поверхности таких  изделий, то о нем можно судить по месту, которое занимают эти изделия  на рынке облицовочных материалов и  их стоимости. Строго говоря, к мозаике  такие напольные покрытия никакого отношения не имеют, но название ее за ними закрепилось. Их поверхность  имеет вид шлифованного камня, декоративность которого во многом зависит от размеров, качества и количества мраморных включений.

Многолетний опыт эксплуатации таких покрытий выявил существенный недостаток, связанный с различием  прочности на истираемость мраморных  включений и растворной части. По этой причине в процессе эксплуатации через некоторое время в местах интенсивного прохода людей напольное  покрытие становится неровным, с выступающими более плотными и прочными частями заполнителей. Но самый большой проблемой данной технологии является то, что при механической обработке бетона не удается получить лицевую поверхность, сравнимую с полированным природным камнем. Причина этой проблемы заключается в структуре бетона, который по своей природе является пористым материалом. Иными словами, механические способы обработки не позволяют создать плотную глянцевую полированную поверхность бетона.

Несмотря на вышеизложенные недостатки, описанная технология устройства напольных покрытий из декоративного  бетона, которая разработана еще  в начале двадцатого века, тем не менее, остается очень популярной в  мире. Причиной этому, по нашему мнению, является то, что долгое время такая  технология оставалась единственно  возможной недорогой альтернативой природному камню и керамике.

Около двадцати лет назад  решалась задача расширить область  применения декоративного бетона путем  достижения физико-механических характеристик  и внешнего вида как у природного мрамора. Для решения этой задачи необходимо было решить как минимум  два основных вопроса. Первый из них  заключался в том, как создать  плотную глянцевую поверхность, которая традиционно достигается  методом полирования природного камня. Во-вторых, надо было с минимальными затратами, не прибегая к использованию  полимеров, дорогих компонентов, термической  и механической обработки, на рядовых  цементах достичь прочности мелкозернистого  бетона на сжатие 100 МПа и на растяжение при изгибе – более  10 МПа.

Свойство бетона при затвердевании  в контакте с поверхностью другого  материала выстраивать идентичную структуру легло в основу технологии создания глянцевой бетонной поверхности. Результаты многолетних исследований в области управления структурообразованием  новогидратов цементного камня позволили  отработать технологию, позволяющую  производить бетонные изделия с  глянцевой поверхностью, имитирующей полированный мрамор.

Для катышной технологии используются полимерные формы с глянцевой  рабочей поверхностью для производства облицовочных плиток. Полимерный материал для форм был выбран не случайно. Минимальная адгезия бетона с  поверхностью полимерных форм облегчает  процесс распалубки. Современные  пластики имеют хорошие прочностные  характеристики, что позволяет достигать  качественной геометрии изделий.  
Легкие и удобные в эксплуатации полимерные формы стали открытием для строительной индустрии, их взяли на вооружение многие фирмы мира. Однако до сегодняшнего дня кассетная технология применения полимерных форм, разработанная и запатентованная нами, не имеет аналогов в мире. Отличительной особенностью ее является одновременное формирование глянцевой рабочей лицевой поверхности плитки и обратной поверхности с небольшими сферическими углублениями, имеющими обратный радиус, предназначенными для лучшего сцепления при укладке. Кроме того, в кассете создается благоприятный термовлажностный режим для твердения бетона. Формы герметично соединяются, исключая потери влаги, а массивность кассеты дает возможность более полно использовать экзотермическое тепло, выделяемое при твердении бетона.  
Многолетний опыт эксплуатации полимерных форм показал, что их глянцевая рабочая поверхность продолжительное время не подвергается абразивному износу. Это было достигнута за счет специально подобранного состава мелкозернистого бетона, при котором цементная составляющая не допускает контакт частиц заполнителя с рабочей поверхностью формы.

На сегодняшний день разработано  множество видов и типоразмеров полимерных форм для изготовления бетонных декоративных облицовочных изделий  размером от 20х20мм до 800х1800мм. Изделия, изготовленные по катышной технологии, имеют глянцевую прочную поверхность, вполне сопоставимую по качеству с  полированной поверхностью мрамора. Все изделия изготавливаются лицом вниз, что дает возможность в разы повысить прочность рабочей поверхности изделий. Дело в том, что при воздействии вибрации на бетонную смесь, содержащую суперпластификатор С-3, происходит частичное перераспределение компонентов смеси по толщине изделия. Тяжелые частицы песка, перемещаясь к нижнему лицевому слою, выдавливают воздух и воду в верхние слои. При этом речь не идет о явном расслоении смеси, которая в принципе не допустима. Тем не менее, надо отметить, что при средней прочности бетонного изделия, к примеру 80МПа, на лицевом слое прочность может намного превышать этот показатель, что и показали результаты испытаний на истираемость.

Второй вопрос, связанный  с получением высоких показателей  прочности, оказался намного сложнее. При использование портландцемента марки 500 и стандартного песка, при твердении в нормальных условиях (термообработка полимерных форм исключена) необходимо было через 24 часа достичь прочности бетона на сжатие не менее 40 МПа, а уже в возрасте 14 суток – 100 МПа на сжатие и 10 МПа на растяжение при изгибе. Такая кинетика твердения бетона гарантировала качество изделий и устраняла брак при распалубке. Высокая конечная прочность на сжатие и особенно связанная с ней прочность на растяжение при изгибе открывала возможность создания тонких, толщиной до 3мм, изделий.

В качестве средства для  решения этого вопроса мы применяли  суперпластификатор С-3. Выбор был  сделан не случайно – эта добавка  и по настоящее время остается одной из самых эффективных пластификаторов. Результаты проведенных лабораторных и промышленных испытаний суперпластификатора  С-3 показали, что оптимальным расходом добавки является 0,8% от массы цемента. При этом было установлено, что с  увеличением расхода добавки  выше рекомендованных 0,8%, эффективность  добавки продолжает увеличиваться, однако при этом так же резко увеличивается  и эффект воздухововлечения. При  повышенных расходах добавки смесь «закипала» и, как следствие, этот процесс сопровождался резким снижением прочности. Необходимо отметить, что применение суперпластификатора С-3, даже в небольших дозировках произвело революционный переворот в стройиндустрии. Тем не менее многие ученые продолжали вести исследования, понимая, что потенциал С-3 намного выше и до конца не раскрыт.

Известно, что водопотребность  портландцемента и его разновидностей при нормальной густоте находится  в пределах В/Ц 0,24 – 0,30, однако теоретическое  количество воды, требуемое для физико-химических процессов гидратации цемента и  образования цементного камня в 2-3 раза ниже. Иными словами, большая  часть воды идет для пластификации  смеси, а не для процессов твердения. Поэтому мы можем предположить, что  и В/Ц, равное 0,2, не является самым  низким приделом для мелкозернистых бетонов.

Таким образом, была решена вторая основная задача по разработке технологии получения прочности  бетона 100 МПа на рядовом портландцементе  марки М400 с применением только суперпластификатора С-3. Другие физико-механические характеристики такого бетона также  оказались очень высокие. Морозостойкость  более F500, истираемость менее 0,4 , водопоглащение менее 3%. Надо отметить, что С-3 всегда способствует процессу воздухововлечения  в бетон. И в нашем случае в  структуре бетона также имелось  достаточное количество мелких замкнутых  сферических воздушных пор, однако на снижение прочности они не влияли. Более того, такое количество свободного резервного пространства дает возможность  релаксировать напряжения в бетоне при замерзании механически связанной  воды, а в сочетании с высокопрочным  каркасом бетона является залогом высокой  морозостойкости и долговечности, что и показали результаты испытаний.

Имея отработанную технологию получения глянцевой поверхности  бетона в процессе его твердения, при физико-механических характеристиках, соответствующих самым прочным  видам мрамора мы могли уверенно сказать: «Мрамор из бетона – это  реальность». Самым важным моментом, по нашему мнению, является то, что задача производства искусственного мрамора  из бетона была решена не любой ценой, а при очень жестких исходных данных. Еще раз подчеркнем: применялся портландцемент М500, стандартный песок  и суперпластификатор С-3. Оборудование – бетоносмеситель принудительного  действия и стандартнаявиброплощадка. И конечно такой подход к решению  задачи был принят производственниками  положительно.

 Данная продукция из бетона разрабатывалась на основе новых технологий в области производства архитектурного бетона. При этом стало применяться вибролитьё, что позволило добиться высокого качества продукции.

Главным неотъемлемым оборудованием  для производства являются вибростолы, а так же всевозможные пластиковые  формы. Сегодня имеется большой  выбор всевозможных форм позволяющих  сделать балясины, плитку, камины, заборы и т.д. Некоторые производители  пластиковых и силиконовых форм для литья бетона стали изготавливать  формы позволяющие изготавливать  изящную дорогостоящую продукцию  из искусственного мрамора (подоконники, столешницы раковины, ванные, мебель, элементы интерьера). Производство мрамора из бетона позволяет изготовить изделие  различной расцветки. Благодаря  различным наполнителям и использованию  полиэфирной смолы можно изготовить цветной мрамор.