Причины и методы устранения дефектов в панелях из газобетона

Контроль процесса автоклавного твердения газобетонных изделий оказывает непосредственное влияние на качество готовой продукции. В данной статье представлен предварительный анализ причин возникновения дефектов в панелях из газобетона, основанный на исследовании универсальных проблем, возникающих в процессе реального производства. Также обсуждаются меры по предотвращению данных дефектов.

Автоклавные газобетонные панели (AAC-панели) представляют собой строительные элементы, обладающие структурными характеристиками и изготовленные с применением армирования в соответствии с установленными техническими требованиями. Производители уделяют приоритетное внимание расширению производственных мощностей с использованием специализированного оборудования для изготовления AAC-панелей или выделяют необходимые площади для установки такого оборудования. AAC-панели обладают рядом преимуществ, включая меньшую конкуренцию на рынке, широкий спектр применения, высокую добавленную стоимость производства, высокую эффективность строительства, низкую себестоимость, энергосберегающие свойства, защиту окружающей среды и утилизацию.

В сравнении с производством газобетонных блоков, изготовление газобетонных панелей требует более строгих стандартов к качеству сырья, технологическим пропорциям и контролю производственного процесса. Для достижения необходимых прочностных и эксплуатационных характеристик газобетона требуется автоклавная обработка, представляющая собой специализированный метод гидротермального синтеза изделий. Данный метод обеспечивает не только требуемые эксплуатационные свойства продукции, но и повышает эффективность производственных процессов и снижает энергопотребление на предприятиях. В настоящей статье рассматривается оптимальная система автоклавного твердения, а также представлено описание основного оборудования и технологических процедур, применяемых в процессе автоклавного отверждения. 

Теплофизический процесс автоклавного отверждения и теплопередача

В процессе автоклавного отверждения ячеистого автоклавного бетона теплообмен происходит не только между материалом и теплоносителем (паром), но и между массивом и другими элементами автоклавной установки, такими как корпус автоклава, конденсат, автоклавная тележка и днище. Эффективность теплопередачи напрямую влияет на скорость нагрева материала и достижение однородной температуры как внутри, так и снаружи массива.

В течение всего процесса отверждения теплообмен внутри массива осуществляется преимущественно за счёт миграции конденсата и проникновения пара. Это означает, что воздухопроницаемость материала оказывает значительное влияние на эффективность теплопередачи. Воздухопроницаемость, в свою очередь, зависит от состава используемой смеси. Для газобетона на основе одинакового состава материалов воздухопроницаемость определяется степенью дисперсности компонентов.

Также на проницаемость шлама, используемого в производстве газобетона, могут влиять содержание твёрдых веществ в сырье и доля отходов, которые используются в процессе дозирования. Эти факторы в совокупности определяют общую эффективность теплопередачи и качество отверждения материала.

Тепловое равновесие в процессе автоклавного отверждения AAC

В процессе автоклавного отверждения ячеистого бетона (AAC) источником тепловой энергии, как правило, является насыщенный водяной пар. Некоторые предприятия применяют перегретый пар в определенной степени. Этапы потребления тепловой энергии в автоклаве включают:

1. Нагрев материала AAC и содержащейся в нем влаги.
2. Нагрев корпуса автоклава.
3. Нагрев и обработка паром основания и паровой камеры.
4. Подача воздуха в автоклав.
5. Нагрев конденсата, образующегося в автоклаве.
6. Отвод тепла от корпуса автоклава в окружающую среду.

Фактический расход пара зависит от типа используемой автоклавной системы, температурных условий окружающей среды, эффективности отвода конденсата из автоклава, объема пара, отбираемого в процессе этого отвода, реактивности сырьевых материалов и качества теплоизоляции автоклава. Гидротермальная реакция AAC является экзотермической. Теоретически, при достижении постоянной температуры отверждения давление и температура в автоклаве должны оставаться неизменными. Однако на практике из-за теплопотерь через корпус автоклава и возможных утечек из трубопроводов и клапанов поддержание постоянного давления затруднительно. В связи с этим на начальных этапах процесса часто требуется компенсация давления для обеспечения стабильного температурного режима.

Тепловое расширение и сжатие изделий из автоклавного газобетона (ААС)

В процессе отверждения изделий из ААС в автоклаве происходят значительные изменения температуры, что вызывает тепловое расширение и сжатие объема материала. Эти процессы характеризуются неравномерностью распределения температурного воздействия, что приводит к неравномерным деформациям изделия. На стадии нагрева температура поверхности изделия повышается быстрее, чем его внутренних слоев, что вызывает начальную деформацию на поверхности. В то же время, при охлаждении, внутренняя температура снижается медленнее, чем на поверхности, что также способствует неравномерным тепловым деформациям.

Такие температурные градиенты могут привести к повреждению изделий, особенно при резких перепадах температуры в процессе автоклавирования. Это связано с тем, что чрезмерное температурное воздействие может вызвать механические напряжения в материале, превышающие его прочностные характеристики.

Влияние внутреннего давления в шламе

Шлам, помимо твердых частиц, содержит значительное количество жидкости и газа. Внутреннее давление в массе зависит от состояния воды (жидкое или газообразное), что, в свою очередь, связано с процессами расширения и сжатия пара и воздуха. Если массив обладает достаточной механической прочностью, это не представляет значительной угрозы для целостности изделия. Поры в материале остаются открытыми, что позволяет воде и воздуху проходить через капиллярные каналы или выходить наружу. Таким образом, перепад внутреннего давления уменьшается, и риск разрушения изделия снижается.

Однако, если прочность изделия недостаточна или перепад внутреннего давления увеличивается слишком быстро, это может привести к разрушению материала. В таких случаях необходимо учитывать факторы, влияющие на прочность и устойчивость изделий к температурным воздействиям, а также оптимизировать условия автоклавирования для минимизации рисков повреждения.

Процесс автоклавного твердения панелей из автоклавного газобетона

Автоклавное твердение является ключевым этапом производства, обеспечивающим гидратацию цементного вяжущего и, как следствие, определяющим качество конечного продукта. Этот процесс отличается повышенной сложностью по сравнению с производством газобетонных блоков, что делает его более чувствительным к отклонениям от технологических параметров. В частности, на этапе пропаривания особое внимание следует уделять контролю двух основных параметров: давления и температуры в автоклаве. Несоблюдение оптимальных условий может привести к возникновению дефектов в структуре материала.

Вакуумная ступень

Присутствие воздуха в паровом потоке существенно снижает эффективность теплообмена из-за его низкой теплопроводности. В процессе отверждения в автоклаве, после первого этапа вакуумирования, большая часть воздушной массы удаляется из автоклава, что способствует улучшению теплообмена между паром и материалом. В условиях отрицательного давления, возникшего вследствие частичного выхода газа из автоклава и образования пор в материале, пар конденсируется и проникает как на поверхность корпуса, так и в объемный слой материала. Под действием отрицательного давления происходит абсорбция пара, что способствует более равномерному распределению тепла внутри материала. Объемный материал играет ключевую роль в передаче тепла к центральной части корпуса, что приводит к быстрому повышению температуры всего корпуса и, как следствие, сокращению времени нагрева. Снижение температуры внутри AAC-материала сопровождается уменьшением внутренних напряжений.

Этап нагрева

Предварительно затвердевший массив подвергается нагреву до максимальной температуры для автоклавирования. Стадия нагрева оказывает как положительное, так и отрицательное влияние на прочностные характеристики конечного продукта. С одной стороны, пар конденсируется на поверхности изделия и непрерывно проникает внутрь через микропоры, взаимодействуя с водой в материале. Это приводит к растворению гидроксида кальция и других растворимых компонентов, образованию новой кристаллической структуры и, как следствие, повышению прочности.

С другой стороны, в процессе нагрева возникают физические процессы, такие как термическое расширение, миграция влаги и внутренние напряжения, вызванные температурными градиентами. Эти явления могут негативно сказаться на целостности твердой структуры материала. Для минимизации негативного воздействия и достижения оптимального баланса между процессами необходимо контролировать скорость нагрева.

Постоянная температура

После достижения максимальной температуры массив выдерживается при этом уровне в течение заданного времени. Этот этап является ключевым для завершения реакции затвердевания и достижения требуемой прочности изделий из автоклавного газобетона. Продолжительность и температура выдержки оказывают непосредственное влияние на прочностные и эксплуатационные характеристики материала. Для обеспечения необходимой прочности и долговечности изделий не рекомендуется превышать рекомендуемое время поддержания постоянной температуры.

Период охлаждения

В процессе охлаждения подача пара прекращается, а температура снижается до уровня, при котором изделие может быть безопасно извлечено из автоклава. При слишком быстром снижении температуры вода в условиях высокой температуры и низкого давления начинает интенсивно испаряться, что приводит к образованию потоков воды и воздуха. Это может вызвать образование трещин в изделии.

Дефекты панелей AAC после автоклавной обработки

Проблема плохой адгезии может быть решена путём корректировки соотношения вода-твёрдое вещество и повышения твёрдости изделия при резании. Трещины в панелях газобетона контролируются двумя основными факторами: качеством производственного сырья и эффективностью системы аэрации. Образование водяных знаков связано с низкой химической активностью сырья, высоким соотношением воды и материала, а также недостаточной эффективностью дренажной системы.

Заключение и рекомендации

Система автоклавного отверждения обеспечивает регулирование параметров температуры и времени отверждения, что позволяет достичь полного и эффективного протекания реакции в массиве. Для достижения необходимой прочности за минимальное время и минимизации потенциальных повреждений следует учитывать следующие аспекты:

1. Обеспечение равномерной подачи пара: использование насыщенного или слегка перегретого пара под соответствующим давлением способствует максимально эффективному теплообмену. Важно исключить попадание жидкой воды в пар и избегать применения сильно перегретого пара.

2. Создание оптимальных условий для теплообмена: помимо обеспечения герметичности автоклава, необходимо удалить остаточные воздушные включения и обеспечить беспрепятственный отвод конденсата.

3. Контроль скорости нагрева: скорость нагрева основной массы определяется уровнем внутренних напряжений в продукте. При высокой прочности массива, устойчивости к высоким температурам и внутренним напряжениям, допускается более интенсивное повышение температуры.

4. Соблюдение оптимальных параметров температуры и времени выдержки: поддержание высокой температуры и выдерживание продукта в заданных условиях на протяжении необходимого времени обеспечивает полное завершение реакции гидратации и достижение требуемых характеристик продуктов гидратации.

5. Контроль скорости охлаждения: при снижении давления в автоклаве необходимо учитывать не только сжатие продукта, но и возможное расширение объема вследствие испарения воды внутри массива. Обеспечение оптимальной скорости выпуска пара предотвращает возникновение внутренних напряжений, которые могут привести к повреждению продукта.