Вся правда об арболите

И.Х. Наназашвили, доктор технических наук, профессор, академик МАНЭБ, наладивший выпуск арболитовых изделий в СССР в промышленных объемах.

Человек испокон века хотел иметь теплое и крепкое жилище. Для этого было перепробовано множество различных строительных материалов - от пучков соломы до каменных глыб. Одни слишком холодны, пожароопасны, другие дороги и тяжелы в обработке. Еще до вчерашнего дня не было материала, который удовлетворял бы требованиям надежности, качества, теплопроводимости и цены. А сейчас найден материал, успешно сочетающий в себе прочность камня, теплоизоляцию дерева, приемлемую цену и простоту в использовании. Арболит - (от лат. arbor - дерево и греч. lithos - камень), это строительный материал, разновидность лёгкого бетона, предназначенный для строительства малоэтажных домов высотой до 3-х этажей. Арболит изготавливается из высокосортного цемента и щепы, размеры которой являются важнейшим критерием при производстве качественного арболита. Щепа для арболита изготавливается на специальных рубительных машинах и обрабатывается минерализаторами, с помощью которых в щепе устраняются все сахара и другие вещества, которые препятствуют сцеплению щепы с цементом. Арболит на сегодняшний день является одним из самых уникальных строительных материалов. Его уникальность заключается в том, что в арболите впервые удалось не только совместить прочность, несгораемость бетона и удивительный микроклимат деревянного дома (арболит на 85-90% состоит из древесной щепы), но и в качестве бонуса получить материал с высокой теплоизолирующей способностью. А в наше время, когда происходит постоянный рост стоимости энергоносителей, теплоизолирующие свойства материала становятся одним из главных преимуществ арболита.

И. Х. Наназашвили

История

Как удалось получить материал с такими прекрасными характеристиками? Давайте немного заглянем в прошлое. Человечество все годы своего существования использовало органику для строительства жилых домов, как в качестве утеплителей, так и в качестве материала для стен.

Дома из соломы, самана (глина с соломой) имеют многовековую историю, потому что солома являлась естественным источником сырья, оставаясь на полях в огромных количествах после уборки урожая. Что касается использования в строительстве отходов деревообработки, то они получили распространение в строительстве малоэтажных домов в то время, когда начала развиваться промышленность и появились механизмы, способные значительно увеличить объемы деревоотходов и получить деревоотходы необходимых размеров. Но развитие материалов с использованием отходов деревообработки следует разделить на два этапа: первый этап закончился в конце ХIХ века (до этого момента основными вяжущими для создания строительных материалов с использованием деревоотходов были глина, гипс и известь) и второй этап с начала ХIХ века и до настоящих дней (в это время началось развитие массового использования цемента в строительстве).

Первым шагом в изготовлении бетонов из органического сырья с использованием цемента было создание опилкобетона. Т.к. основным преимуществом цемента по сравнению с глиной, гипсом и известью была возможность создания более прочных конструкций, то именно прочность и лежала в основе создания первых опилкобетонов на цементном вяжущем. Для того, чтобы получить прочный опилкобетон, был использован самый простой и самый эффективный способ – в материал добавляли обычный строительный песок, который во взаимосвязи с цементом создавал достаточно прочную конструкцию, а опилки в определенном количестве были в ней лишь дополнением для снижения веса и улучшении теплоизоляционных свойств.

В те времена низкая теплопроводность материала не играла такой большой роли, как сейчас, поэтому долгие годы опилкобетон на основе цемента и песка был основным строительным материалом с использованием деревоотходов. Но эксперименты по созданию материалов на основе дерева продолжались постоянно. В конце XIX века великий русский ученый-изобретатель Костович Огнеслав Степанович создал первые образцы фанеры, которые были достаточно толстыми для нашего времени, но в то время это был прорыв в области создания материалов из дерева. А в качестве связующего звена между древесными пластинами Костович использовал специальную субстанцию (клей), в основе которого лежал альбуминно-казеиновый клей. Этот клей был создан им специально для изготовления этого нового материала, который он назвал «арборит» (от лат. arbor – дерево).

«Вудстоун» в СССР

Что касается современного арболита, в основе которого лежит соединение высокосортного цемента и древесной щепы специального размера и отсутствует строительный песок, то по имеющейся информации первые образцы были получены в США в первой половине ХХ века и этот материал там назывался «вудстоун» (от англ. wood – дерево, stone – камень). Дело в том, что в 30-е годы ХХ века ситуация в США сильно изменилась. Капитализм, который активно развивался в США, ставил во главу угла простой принцип: «За все надо платить», в том числе и за обогрев своего дома. Высокие цены на топливо и снижение уровня доходов американцев во времена Великой депрессии явились толчком к разработке новых материалов, пригодных для строительства малоэтажных домов и обладающих высокой теплоизолирующей способностью, достаточной прочностью и низкой горючестью.

В Россию «вудстоун» попал в 60-е годы, и тогда под руководством академика И.Х. Наназашвили были построены первые в СССР заводы по изготовлению стеновых панелей из щепобетона. В то время этот материал не имел в СССР официального названия «арболит» и назывался ЦДК (цементно - древесная композиция), которую наши ученые научились изготавливать путем подбора физико- химического состава из отходов лесозаготовки (горбыля). В те годы в СССР максимальная по марочной прочности марка цемента, которая выпускалась в стране была М400; основным минерализатором, который использовался для удаления сахаров из щепы был алюминий сернокислый технический; оборудование для производства щепы было стандартизировано, а в основе цементно-древесной композиции лежало взаимодействие двух компонентов: цемента (неорганическое вещество) и щепы (органическое вещество). При этом советские ученые понимали, что основная проблема при изготовлении цементно-древесной композиции состоит в том, что щепа и цемент являются трудно совместимыми между собой компонентами и основным препятствием для получения единого цельного материала являются сахара, которые находятся в сырой древесине и которые впоследствии разрушают цементный слой, созданный вокруг щепок, что сильно влияет на прочностные характеристики материала в худшую сторону.

Цементно-древесные композиции

Официальное название цементно-древесной композиции, известное сейчас как «арболит», появилось в СССР в 70-е годы XX века, когда уровень развития науки в области создания материалов на основе цемента и специальной щепы позволил нашим ученым создать ГОСТ 19222-73 «АРБОЛИТ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ НЕГО» и «Руководство по проектированию и применению изделий из арболита» 1974 г. На основе этого государственного стандарта СССР и этой Инструкции должны были разрабатываться все отраслевые стандарты и технические условия на производство арболита. Многочисленные эксперименты с цементно-древесной композицией показали, что качество щепы – это краеугольный камень качественного арболита. На результат влияло все: количество сахаров в щепе, ее влажность, ее размер, порода дерева из которого она сделана и т.д. На основе этих данных были разработаны рекомендации для производства арболита. Т.к. самые лучшие результаты были получены на сухой щепе, то в 70-е годы при строительстве арболитовых заводов проектировались площадки и специальные навесы для сушки древесной щепы. Таким образом, при изготовлении арболита использовалась щепа, высушенная на открытом воздухе не менее трех месяцев, благодаря чему в момент изготовления цементно-древесной композиции щепа имела минимальное количество сахаров и приемлемую влажность. Поэтому сухая щепа при влажности 23% впитывала в себя все необходимые компоненты минерализаторов, смешивалась с цементом, и в результате на долгие десятилетия получался теплый, прочный и экологически чистый материал. В ходе экспериментов по изготовлению арболита выявилась очень серьезная проблема, решение которой нашли с большим трудом. Дело в том, что при перемешивании древесной щепы, цемента и водного раствора с минерализаторами происходил процесс набухания щепы, т.е. ее увеличение в размерах.

Арболитовые блоки после моментальной распалубки

Блоки, изготовленные в несъемных формах с распалубкой через сутки

Эта особенность арболита затрудняла совмещение разноскоростных процессов, ведь скорость набухания щепы была очень медленной и длилась до 12 часов, а схватывание цементного камня происходило намного быстрее, в течение нескольких часов. Все это приводило к тому, что после изготовления арболита щепа продолжала увеличиваться в объеме (разбухать), частично разрывая еще не застывший цементный камень, что приводило к снижению прочности материала. В связи с этой проблемой и появились рекомендации по изготовлению каждой стеновой панели из арболита в специальной металлической форме, причем форма закрывалась со всех шести сторон (несъемные формы). Таким образом, арболит формировался в условиях, когда щепа не имела возможности увеличиваться в объеме и материал застывал в замкнутом пространстве в течение 24 - 72 часов. Все эти рекомендации привели к тому, что в местах с большим объемом деревообработки были построены десятки арболитовых заводов, которые выпускали в закрытых стальных формах стеновые арболитовые панели для строительства как частных домов граждан, так и для строительства строений промышленного и сельскохозяйственного назначения. Эти дома и строения прошли испытания временем, при этом арболит показал себя как один из лучших строительных материалов. Многие жители бывшего СССР до сих пор живут в домах, которые были построены полвека назад и толщина стен в которых в зависимости от региона была 200-400 мм., при этом сами дома практически не имеют признаков разрушения материала, а технические и эксплуатационные характеристики данных панелей после десятилетий эксплуатации, до сих пор соответствуют требованиям ГОСТа 19222-84.

Развитие производства в России

События конца ХХ века отрицательно сказались на развитии арболита как материала, и на развитии арболитовых производств как бизнеса. Практически все заводы, производящие стеновые панели из арболита были закрыты и до наших дней дожили лишь несколько из них. И только в начале XXI века позитивные изменения в экономике страны открыли «второе дыхание» арболиту. Появились предприниматели, готовые инвестировать средства в развитие арболитовых производств, а граждане получили возможность строить из арболита XXI века дома. Но возвращение арболита оказалось очень трудным, т.к. самые существенные нюансы технологии производства арболита были практически забыты, а выпуск оборудования, на котором производился арболит в советское время, был прекращен, да и появление высокосортного цемента марок М500 и М600 повлияло на технологию производства. Сегодня арболит производят десятки малых предприятий по всей стране и практически все они (за исключением некоторых), начали производить арболит недавно, в последние 5-6 лет. Т.к. на дворе капитализм, то большинство производителей арболита на первое место в развитии своего бизнеса поставили прибыль, а не качество арболита. Именно поэтому подавляющее большинство производителей арболита используют технологию вибропрессования с моментальной распалубкой форм.Лишь немногие производят арболит как в советское время, т.е. используя технологию вибропрессования с несъемными формами.

Моментальная распалубка форм упрощенный метод производства

Чтобы понять, почему производство арболита с моментальной распалубкой форм отрицательно влияет на качество арболита, надо немного окунуться в мир дерева и цемента, из которых, собственно говоря, и сделан арболит. Факторов, которые влияют на качество арболита множество, но в этой статье мы затронем лишь те, которые влияют на взаимосвязь между способом изготовления арболита (моментальная распалубка или несъемные формы с распалубкой через сутки) и свойствами древесного заполнителя (щепы). Так о каких же факторах, влияющих на качество арболита, идет речь? Во-первых, это набухание и усушка древесного заполнителя (щепы), во-вторых – это упругость и пластичность цементно-древесной композиции, и в-третьих – это химическая агрессивность древесного заполнителя (щепы) по отношению к цементу. Древесный заполнитель (щепа) – это практически «живой организм», который при увлажнении набухает, а при высыхании уменьшается в объеме, при этом сама цементно-древесная композиция при давлении сжимается, а при снятии давления разжимается. Если же к этому добавить факт, что древесный заполнитель (щепа) содержит легкогидролизуемые и экстрактивные вещества ("цементные яды", вредные для цемента) и без специальной обработки минерализаторами с цементом вообще не схватывается, то можно понять, что производство качественного арболита - это не просто перемешивание четырех компонентов, из которых состоит арболит (специальная арболитовая щепа, высокомарочный цемент, минерализаторы, вода), а очень сложный производственный процесс, который требует соблюдения огромного количества требований к технологии производства. Для того, чтобы устранить из щепы легкогидролизуемые и экстрактивные вещества, ее надо обработать водным раствором минерализаторов и процесс обработки занимает определенное время, что в свою очередь ведет к значительному увлажнению щепы и соответственно к ее набуханию. Но чем больше щепа набухнет, тем больше она сократится в объеме в будущем (когда полностью высохнет), что приведет к разрыву связей между щепками, а значит и к падению прочности блока. А если учесть, что цементно-древесная композиция проявляет упругопластические свойства древесины, то становится понятно, что при вибропрессовании она уплотняется на 20-80% от первоначального объема, а после снятия приложенной нагрузки происходит обратный процесс - редеформация (распрессовка), что в итоге приводит не только к снижению прочности арболита, но и к серьезному ухудшению геометрии блока. Именно эти факторы влияют на прочность и геометрию блоков, сделанных по технологии вибропрессования с моментальной распалубкой форм. Производство арболитовых блоков по этой технологии менее затратно по деньгам, чем производство блоков с использованием несъемных форм с распалубкой через сутки. На нем используются всего лишь несколько стальных форм; в большинстве случаев отсутствует механическая дозация компонентов; компенсация негативных факторов описанных выше, либо отсутствует совсем, либо происходит за счет увеличения использования цемента, что делает блок более «холодным»; моментальная распалубка ведет к падению прочности и геометрии блока.

Строительство из блоков (моментальная распалубка)

Все это приводит к тому, что экономия на способе производства арболита позволяет делать арболитовые блоки немного дешевле. При использовании вибропрессования с несъемными формами, но при этом у таких блоков в полном объеме отсутствует стабильность и геометрии, и прочности, и теплопроводности. И если вы собрались приобрести блоки, сделанные по технологии вибропрессования с моментальной распалубкой форм, то вам следует обратить внимание на эти моменты, потому что высока вероятность проявления этих отрицательных факторов при строительстве и эксплуатации дома, что потребует дополнительных финансовых затрат для их устранения.

Выгода

Что касается производства арболитовых блоков по технологии вибропрессования с использованием несъемных форм, то в нем вышеупомянутые негативные факторы снижены до минимума. Во-первых, на таком производстве используется исключительно выдержанная сухая щепа, что сокращает количество необходимого водного раствора, т.к. в сухую щепу водный раствор проникает намного быстрее, а значит уменьшается время обработки и увлажнения щепы. Во-вторых, выдержанная сухая щепа содержит намного меньше «цементных ядов», поэтому их легче устранить при обработке минерализаторами.

Строительство из блоков (блоки изготовлены в несъемных формах с распалубкой через сутки)

В третьих, на таком производстве используется дозация компонентов, что ведет к стабильности веса всех блоков. И самое главное в-четвертых, использование вибропрессования с несъемными формами позволяет обеспечить стабильность геометрии, прочности и теплопроводности блоков. Небольшое увлажнение щепы (т.е. минимальное разбухание в момент изготовления блока и минимальная усушка в будущем); мощное давление пресса (снижает количество воздуха между щепками до заранее определенного уровня); несъёмная стальная форма с фиксирующей крышкой (не позволяют щепе разжаться или увеличиться в объеме после прессования и до момента застывания блока) являются важнейшими элементами технологии производства качественного арболита. Поэтому выбирая арболитовые блоки для строительства своего дома и обращая внимание на разницу в цене между блоками необходимо помнить, что качественный продукт не может стоить дешево. Выбор менее качественного, но более дешевого арболита сейчас и дополнительные финансовые затраты потом не всегда выгодны, что подтверждается отсутствием нареканий на качество блоков, сделанных по технологии вибропрессования с использованием несъемных форм.

Мнение экспертов

Занимаясь производством арболита с 2007 года, я прошел через весь путь изготовления блока от "А" до "Я". Изначально мы занимались изготовлением блоков методом "моментальной распалубки", так как не было других технологий.

Имея своё конструкторское бюро, в 2008 году я понял, что эта технология упрощена по всем параметрам (нестабильная геометрия блока и редеформация блока) создавала проблемы не только строительным бригадам, но и самому заказчику. В связи с этим мы плотно занялись разработкой абсолютно нового производства по технологии «распалубки блоков через сутки с использованием несъемных форм».

За год с небольшим мы запустили новое производство этой по технологии, но на этом процесс не закончился, так как одним из наиболее важных факторов, являлся физико-химический состав арболитовой смеси. Для этого мы пригласили к сотрудничеству академика МАНЭБ Исаака Хисковича Наназашвили, совместно с которым была проделана огромная работа с учетом доработки всей технологии производства. Результатом работы стало, что на сегодняшний день мы имеем три линии разно-размерных блоков, с мощностью производства 7тыс. м3 в год. Хочу заметить, что производство качественного арболита очень сложное дело и требует терпения.

Лично от себя хочу сказать по поводу производителей, что есть предприниматели которые делают арболит методом «моментальной распалубки», приближенный к хорошему качеству, но их единицы, так как у большинства основная цель зароботок, а не качество арболита.

P. S. Таким образом если вы собрались строить дом из арболита, то при расчетах смет, вы поймёте, что стоимость стен Вашего дома с учетом материала и работы составляет 10-15 % от общих затрат всего дома, и только Вам решать какой выбрать арболит, качественный или дешевый.

Информация взята с сайта ООО "ЭкоДревПродукт"
Материал подготовили:
Кандидат технических наук СССР Вадим Исаакович Наназашвили
Генеральный диретор ООО "Экодревпродукт" Соколов А. А.

Подружитесь с нами

Email Google+