Двуслойное строительное изделие, способ и бетоны для его изготовления

 

Изобретение относится к конструкции двухслойных строительных изделий, способу изготовления двухслойных строительных изделий и к составам бетонов, применяемых при изготовлении двухслойных строительных изделий. Сущность: двухслойное строительное изделие, включающее наружный декоративный и внутренний контрукционный слои из мелкозернистого бетона, с размещением в конструкционном слое внутреннего армокаркаса, предусматривает использование мелкозернистого бетона декоративного слоя, содержащего цемент, микрокремнезем, кварцевый песок фракции 0,3 - 5 мм, отходы дробления чешуйчатого базальта и цветного гранита в соотношении 1:4 фракции 0,14 - 5 мм, суперпластификатор "с - 3" и воду, а мелкозернистый бетон конструкционного слоя содержит цемент, микрокремнезем, кварцевый песок фракции 0,5 - 2,2 мм, отходы дробления чешуйчатого базальта фракции 0,14 - 5 мм, "с - 3" и воду, а армокаркас выполнен из стержней и, по крайней мере, двух полос, к которым жестко крепятся монтажные выпуски. Способ изготовления двухслойных строительных изделий предусматривает укладку на дно формы замедлителя схватывания, бетонных смесей декоративного и конструкционного слоя, установку внутреннего армокаркаса, уплотнение, термообработку, охлаждение и вскрытие внутренней фактурной поверхности. Декоративный и конструкционный бетоны могут быть применены раздельно. 3 с. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к производству строительных изделий, технологии и составам бетонов для их изготовления, преимущественно к отделочным и конструкционным материалам и способам создания изделий, конструктивно объединяющих высокие прочностные и другие характеристики материала с требуемыми декоративными свойствами, в особенности к изготовлению двухслойных декоративных строительных панелей, блоков, несъемных опалубок, облицовочных плит и других изделий с элементами отделки фасадов зданий взамен материалов из природного камня, цветных бетонов и растворов, керамики, стекла и лакокрасочных покрытий.

Известна многослойная железобетонная панель с внешней фактурной отделкой, включающая наружный и внутренний слои из армированного мелкозернистого бетона и промежуточный теплоизоляционный слой, выполненный из чередующихся участков жесткого крупнопористого материала и вкладышей из мягкого утеплителя, обеспечивающих наряду с требуемой прочностью соединения внешних слоев повышенное термосопротивление панели [1].

Недостатком такого изделия является сложность его устройства и изготовления, низкая технологичность формования, высокая потребность в дефицитных материалах и ограниченная область применения.

Цель изобретения - создание двухслойных изделий с равными технологическими, физико-механическими и эксплуатационными характеристиками слоев, обеспечивающими изготовление двухслойных строительных изделий полной заводской готовности различной номенклатуры, улучшение декоративно-художественных свойств отделочных поверхностей, снижение материалоемкости и стоимости, повышение прочности, водонепроницаемости и долговечности изделий, сокращение сроков их производства, стоимости и эксплуатационных затрат.

Поставленная цель достигается тем, что, согласно изобретению, двухслойное строительное изделие включает наружный декоративный и внутренний конструкционный слои из мелкозернистых бетонов, при этом в конструкционном слое размещен внутренний армокаркас, выполненный из стержней и, по крайней мере, двух полос, к которым жестко крепятся монтажные выпуски, причем мелкозернистый бетон декоративного слоя содержит следующие компоненты, мас.%: Цемент 30,4-31,0 Микрокремнезем с уд. поверхно- стью (20-40)х10³ см²/г 1,5-3,0 Кварцевый песок фракций: 0,3-0,63 мм 1,5-2,5 0,63-1,26 мм 10,0-10,5 1,26-5,0 мм 38,5-40,5 Отходы дробления чешуйчатого базальта и цветного гранитного
щебня, взятые в соотношении
соответственно 1:4, фракций:
0,14-0,3 мм 0,5-1,5
0,3-2,5 мм 1,5-2,5
2,5-5,0 мм 2,0-3,0
Суперпластификатор "С-3" на
основе натриевых солей продукта
конденсации нафталинсульфо-
кислоты с формальдегидом 1,0-1,5
Вода Остальное
Мелкозернистый бетон конструкционного слоя содержит следующие компоненты, мас.%:
Цемент 30,0-31,0
Кварцевый песок фракций:
2,2-2,5 мм 38,5-40,5
1,0-1,15 мм 10,0-10,5
0,05-0,5 мм 1,5-2,5
Микрокремнезем с уд. поверхно-
стью (20-40) х 10³см²/г 1,5-3,0
Отходы дробления чешуйчатого
базальта фракций:
0,14-0,3 мм 0,5-1,5
0,3-2,5 мм 1,5-2,5
2,5-5,0 мм 2,0-3,0
Суперпластификатор "С-3" на
основе натриевых солей продукта
конденсации нафталинсульфо-
кислоты с формальдегидом 1,0-1,5
Вода Остальное
При этом в двухслойном строительном изделии, снабженном наружным армокаркасом, последний закреплен выпусками к полосам внутреннего армокаркаса и отстоит от него на расстоянии, превышающем толщину конструкционного слоя изделия со стороны его внутренней поверхности.

На чертеже представлено двухслойное строительное изделие, содержащее: наружный декоративный слой 1, внутренний конструкционный слой 2, внутренний армокаркас 3 с полосами 4 и монтажными выпусками 5 и 6 и наружный армокаркас 7.

Известен способ декоративной отделки бетонных изделий цементно-песчаными смесями и растворами, удовлетворяющий в определенной степени архитектурно-строительным и эстетическим требованиям, заключающийся в последовательной укладке слоев бетонной смеси, цементного раствора и декоративного материала сверху на раствор [2].

Однако недостатками такого способа являются дефицитность, высокая стоимость и энергоемкость материала отделки - щебня карбонатно-кремнеземистой опоки, обожженной при температуре 900-1000 ^оС, сложность технологии укладки материала отделки, ограниченность его фактуры и цветовой гаммы, пористость опоки и, как следствие, низкая водонепроницаемость и морозостойкость, а также недолговечность покрытия.

Известен также способ изготовления декоративных двухслойных плит "лицом вниз", заключающийся в последовательной укладке в форму декоративного слоя и конструкционного слоя с последующей термообработкой изделия [3].

Недостатком этого способа является то, что он требует применения дорогостоящего мраморного заполнителя, сложных механизмов для уплотнения смеси под давлением 180-200 кг/см² и последующей автоклавной обработки и шлифовки изделий, кроме того, изготовленные по данной технологии изделия имеют невысокие показатели по прочности и морозостойкости.

Наиболее близким к предложенному способу по совокупности существенных признаков и техническому результату является известный способ изготовления двухслойных строительных изделий с наружной фактурной поверхностью, включающий подготовку формы, нанесение на поддон замедлителя твердения бетона, установку и фиксацию арматурного каркаса, укладку слоя декоративного бетона, укладку и уплотнение основного (конструкционного) слоя бетона, тепловлажностную обработку изделия и обнажение фактуры наружной поверхности [4].

Однако, недостатками известного способа являются использование и обнажение только крупного заполнителя, невозможность изготовления тонкостенных двухслойных изделий, дефицитность и высокая стоимость исходных компонентов.

Целью изобретения в части создания способа изготовления двухслойных строительных изделий с декоративной поверхностью является повышение архитектурной выразительности отделки за счет использования декоративных свойств мелкозернистых бетонов, повышение долговечности и эксплуатационной надежности изделий со вскрытой фактурной поверхностью, упрощение процесса изготовления изделий полной заводской готовности, снижение их стоимости и материалоемкости, сокращение времени производства изделий и сроков строительных работ при их использовании, включающих дополнительные операции по наружной отделке, а также повышение прочности, водонепроницаемости и долговечности декоративных покрытий, имеющих равные в сравнении с конструкционным бетоном физико-механические характеристики.

Поставленная цель достигается тем, что способ изготовления двухслойных строительных изделий, включающий нанесение на дно формы тонкого слоя замедлителя схватывания бетона, последовательную укладку бетонных смесей декоративного и конструкционного слоев, установку внутреннего армокаркаса, уплотнение, термообработку, охлаждение и вскрытие фактурной поверхности, предусматривает после укладки бетонной смеси декоративного слоя ее вертикальную вибрацию с частотой 950-1500 циклов/мин и амплитудой вертикальных колебаний 0,5-0,8 мм в течение 8-10 с с последующим помещением в форму и фиксацией внутреннего армокаркаса, после чего проводят укладку бетонной смеси конструкционного слоя и уплотнение ее с вышеуказанными параметрами вибрации в течение 4-6 с, после чего поверхность изделия закрывают герметизирующим щитом-пригрузом и проводят термообработку.

Способ предусматривает также возможность установки и фиксации наружного армокаркаса одновременно с установкой внутреннего армокаркаса или после термообработки изделия.

В результате выполнения указанных в данном способе операций обеспечивается, наряду с уплотнением, оптимально подобранное распределение и упаковка меньших по размеру фиксаций заполнителей декоративной и конструкционной смесей в промежутках между большими по размеру фракциями, находящимися в соответствующих водно-дисперсных фазах затворенного цемента, микронаполнителя и суперпластификатора. Вследствие этого образуется оптимальная макроструктура смесей и создаются условия эффективной гидратации цементных зерен с вовлечением в реакцию ингредиентов суперпластификатора и зерен микронаполнителя - высокодисперсного микрокремнезема, образующих дополнительные множественные центры образования цементного геля. Указанные физико-механические процессы на макро- и микроуровнях смесей, создаваемые последовательностью реализуемых в способе операций, обеспечивают повышение физико-механических характеристик смесей при одновременном получении требуемого декоративного эффекта на лицевой поверхности изделия.

П р и м е р. На дно формы наносят тонкий слой замедлителя схватывания бетона и последовательно проводят укладку слоев декоративной и конструкционной бетонных смесей заранее приготовленных, причем вначале в форму укладывают слой декоративной бетонной смеси толщиной 12 мм и подвергают ее вертикальной вибрации с частотой 1250 циклов/мин и амплитудой вертикальных колебаний 0,6 мм в течение 10 с, затем в форму помещают и фиксируют внутренний армокаркас и на поверхность декоративного слоя укладывают слой конструктивной бетонной смеси требуемой толщины, после чего проводят повторное виброуплотнение в течение 5 с с теми же параметрами вибрации, по завершении которой проводят тепловлажностную обработку изделия. После охлаждения изделия производят вскрытие фактурной поверхности лицевого декоративного слоя. В зависимости от конструкции изделия предусмотрена возможность установки и фиксации наружного армокаркаса. При этом наружный армокаркас может быть установлен одновременно с внутренним или после тепловлажностной обработки изделия. Перед тепловлажностной обработкой изделий их закрывают герметизирующим щитом-пригрузом. В результате выполнения указанных операций способа изготовления двухслойных строительных изделий достигается наряду с получением декоративно-художественного эффекта повышение физико-механических характеристик изделия, в частности, повышается прочность обоих слоев на 12-20%, водонепроницаемости - на две марки (до значения не ниже В-18), морозостойкости до значения не ниже F200.

Известна мелкозернистая цементно-песчаная смесь для декоративной отделки бетонных изделий, содержащая цемент, кварцевый песок и воду [5].

Однако этот материал имеет низкие физико-механические показатели по прочности и водонепроницаемости и ограниченные технологические возможности по используемой цветовой гамме и фактуре лицевых поверхностей изделий, вследствие чего в отделочно-декоративном слое изделий возникают различные дефекты в виде трещин, вымываний декоративного раствора, отколов, выцветов, неоднородностей толщины декоративного покрытия, пятен и других дефектов поверхностей фасадов.

Наиболее близким к предлагаемому декоративному мелкозернистому бетону является бетон, содержащий цемент, кварцевый песок, суперпластификатор, замедлитель твердения, пигмент и воду [6].

Недостатком известного декоративного бетона является использование дефицитного пигмента, его недостаточная стойкость к эксплуатационным воздействиям, невысокие плотность, водонепроницаемость и прочность фактурного слоя.

Цель изобретения - создание декоративного бетона с равными в сравнении с конструкционными бетонами технологическими и физико-механическими характеристиками, обеспечивающими изготовление двухслойных декоративных строительных изделий полной заводской готовности, улучшение декоративно-художественных свойств фасадных покрытий, снижение их материалоемкости, повышение прочности, водонепроницаемости морозостойкости и долговечности, а также снижение себестоимости продукции и эксплуатационных затрат.

Поставленная цель достигается тем, что мелкозернистый декоративный бетон, включающий цемент, кварцевый песок фракции до 5,0 мм, суперпластификатор и воду, содержит кварцевый песок фракций 0,3-0,63 мм, 0,63-1,26 мм, 1,26-5,0 мм, в качестве суперпластификатора - "С-3" на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом, и дополнительно микрокремнезем с удельной поверхностью (20-40) х 1000 см²/г и отходы дробления цветного гранитного щебня и чешуйчатого базальта фракций 0,14-0,3 мм, 0,3-2,5 мм, 2,5-5,0, взятых в соотношении компонентов щебень/базальт = 4:1, при следующем соотношении компонентов, в мас.%:
Цемент 30,4-31,0
Микрокремнезем с уд. поверхно-
стью (20-40) х 10³см²/г 1,5-3,0
Кварцевый песок фракций
0,03-0,63 мм 1,5-2,5
0,63-1,26 мм 10,0-10,5
1,26-5,0 мм 38,5-40,5
Отходы дробления чешуйчатого
базальта и цветного гранитного
щебня, взятые в соотношении ком-
понентов, соответственно
1:4 фракций:
0,14-0,3 мм 0,5-1,5
0,3-2,5 мм 1,5-2,5
2,5-5,0 мм 2,0-3,0
Суперпластификатор "С-3" на
основе натриевых солей продукта
конденсации нафталинсульфо-
кислоты с формальдегидом 1,0-1,5
Вода Остальное
Известна конструкционная бетонная смесь, содержащая цемент, кварцевый песок с модулем крупности 2,2-2,4 и 1,1-1,5, тонкомолотый кварцевый песок с удельной поверхностью 4000-5000 см²/г, монтмориллонитовую глину, алюминат никеля и воду, обладающая достаточно высокими показателями прочности на сжатие (73-100 МПа) и на растяжение при изгибе (6,8-8,8 МПа) [7].

Недостатком этого материала является высокая стоимость изготовления изделий вследствие дефицитности ряда ингредиентов материала, необходимости применения цемента высоких марок, сложной технологии приготовления смесей и производства изделий.

Наиболее близким к предлагаемому является конструкционный бетон, включающий цемент, кварцевый песок фракций до 2,5 мм, микрокремнезем с удельной поверхностью (20-40) х 1000 см²/г, комплексную химическую добавку на основе суперпластификатора МФ-АР в смеси с нитритом натрия или нитритом кальция, и воду [8].

Недостатками указанного материала являются дефицитность и высокая стоимость комплексной химической добавки, необходимость дополнительных операций по отделке лицевых поверхностей, отсутствие возможности получения в едином технологическом цикле изделий полной заводской готовности с декоративным слоем.

Цель - создание конструкционного бетона, обеспечивающего улучшение основных физико-механических и эксплуатационных характеристик (прочности, водонепроницаемости, морозостойкости, адгезии) в двухслойных строительных изделий, либо используемого в качестве самостоятельного материала, сокращение материалоемкости и стоимости изготовления изделий, упрощение технологии ее приготовления и использования.

Указанная цель достигается тем, что предлагаемый мелкозернистый конструкционный бетон, содержащий цемент, заполнитель, микрокремнезем с удельной поверхностью (20-40) х 1000 см²/г, суперпластификатор и воду, включает в качестве суперпластификатора "С-3" на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом и дополнительно - отходы дробления чешуйчатого базальта фракций 0,14-0,3 мм, 0,3-2,5мм, 2,5-5,0 мм при следующем содержании компонентов, мас.%:
Цемент 30,0-31,0
Кварцевый песок фракций:
2,2-2,5 мм 38,5-40,5
1,0-1,15 мм 10,0-10,5
0,05-0,5 мм 1,5-2,5
Микрокремнезем с уд. поверхно-
стью (20-40) х 10³ см²/г 1,5-3,0
Отходы дробления чешуйчатого
базальта фракций:
0,14-0,3 мм 0,5-1,5
0,3-2,5 мм 1,5-2,5
2,5-5,0 мм 2,0-3,0
Суперпластификатор "С-3" на
основе натриевых солей продукта
конденсации нафталинсульфо-
кислоты с формальдегидом 1,0-1,5
Вода Остальное
Изобретение иллюстрируется примерами выполнения, представленными на чертеже и табл. 1; полученные значения физико-механических характеристик и декоративно-эксплуатационных свойств согласно выполненным примерам приведены в табл. 2.

Прочность образцов в примерах 1-5 табл. 1 определялась через 28 суток нормального твердения по ГОСТ 18105.0-80-ГОСТ 18105.02-80.

Морозостойкость определялась по ГОСТ 9758-87, водонепроницаемость - по ГОСТ 12730.5-5-84, декоративные свойства смеси определялись по ГОСТ 15825-80, ГОСТ 9480-77 и ГОСТ 6927-74.

Как следует из табл. 2, значения показателей и свойств бетонов, сравнимость их величин в совокупности обеспечивают достижение предложенных в изобретении целей и требуемого технического результата при изготовлении двухслойных декоративных строительных изделий по предложенному способу.

Формула изобретения

1. Двуслойное строительное изделие, включающее наружный декоративный и внутренний конструкционный слои из мелкозернистых бетонов, при этом в конструкционном слое размещен внутренний армокаркас, отличающееся тем, что мелкозернистый бетон декоративного слоя содержит следующие компоненты, мас. %:
Цемент 30,4 - 31,0
Микрокремнезем с удельной поверхностью (20 - 40) · 10³ см²
/г 1,5 - 3,0
Кварцевый песок, фракций:
0,3 - 0,63 мм 1,5 - 2,5
0,63 - 1,26 мм 10,0 - 10,5
1,26 - 5,0 мм 38,5 - 40,5
Отходы дробления чешуйчатого базальта и цветного гранитного щебня, в
зятые в соотношении 1 : 4, фракций:
0,14 - 0,3 мм 0,5 - 1,5
0,3 - 2,5 мм 1,5 - 2,5
2,5 - 5,0 мм 2,0 - 3,0
Суперпластификатор "С-3" на основе натриевых солей продукта конденс
ации нафталинсульфокислоты с формальдегидом 1,0 - 1,5
Вода Остальное
а мелкозернистый бетон конструкционного слоя содержит следующие компоненты, мас.%:
Цемент 30,0 - 31,0
Кварцевый песок фракций:
2,2 - 2,5 мм 38,5 - 40,5
1,0 - 1,15 мм 10,0 - 10,5
0,05 - 0,5 мм 1,5 - 2,5
Микрокремнезем с удельной поверхностью (20 - 40) · 10³ см²/
г 1,5 - 3,0
Отходы дробления чешуйчатого базальта фракций:
0,14 - 0,3 мм 0,5 - 1,5
0,3 - 2,5 мм 1,5 - 2,5
2,5 - 5,0 мм 2,0 - 3,0
Суперпластификатор "С-3" на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом 1,0 - 1,5
Вода Остальное
а армокаркас выполнен из стержней и по крайней мере двух полос, к которым жестко крепятся монтажные выпуски.

2. Изделие по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено наружным армокаркасом, который закреплен выпусками к полосам внутреннего армокаркаса и отстоит от него на расстояние, превышающее толщину конструкционного слоя изделия со стороны его внутренней поверхности.

3. Способ изготовления двуслойного строительного изделия, включающий нанесение на дно формы замедлителя схватывания бетона, последовательную укладку бетонных смесей декоративного и конструкционного слоев, установку внутреннего армокаркаса, уплотнение, термообработку, охлаждение и вскрытие фактурной поверхности, отличающийся тем, что после укладки бетонной смеси слоя декоративного слоя ее подвергают вертикальной вибрации с частотой 950 - 1500 циклов/мин и амплитудой вертикальных колебаний 0,5 - 0,8 мм в течение 8 - 10 с, затем в форму помещают и фиксируют внутренний армокаркас и проводят укладку бетонной смеси конструкционного слоя и уплотнение с указанными параметрами вибрации в течение 4 - 6 с, после чего поверхность изделия закрывают герметизирующим щитом-пригрузом и проводят термообработку.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что одновременно с установкой внутреннего армокаркаса устанавливают и фиксируют наружный армокаркас.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что после термообработки изделий устанавливают и фиксируют наружный армокаркас.

6. Мелкозернистый декоративный бетон, включающий цемент, кварцевый песок фракции до 5 мм, суперпластификатор и воду, отличающийся тем, что он содержит кварцевый песок фракций 0,3 - 0,63 мм, 0,63 - 1,26 мм, 1,26 - 5 мм, Омм, в качестве суперпластификатора - разжижитель "С-3" на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом, дополнительно микрокремнезем с удельной поверхностью (20 - 40) · 1000 см²/г и отходы дробления цветного гранитного щебня и чешуйчатого базальта фракций 0,14 - 0,3 мм, 0,3 - 2,5 мм, 2,5 - 5,0 мм, взятых в соотношении компонентов щебень: базальт = 4 : 1, при следующем содержании исходных компонентов, мас.%:
Цемент 30,4 - 31,0
Микрокремнезем с удельной поверхностью (20 - 40) · 10³ см²/
г 1,5 - 3,0
Кварцевый песок фракций%
0,3 - 0,63 мм 1,5 - 2,5
0,63 - 1,26 мм 10,0 - 10,5
1,26 - 5,0 мм 38,5 - 40,5
Отходы дробления чешуйчатого базальта и цветного гранитного щебня, в
зятые в соотношении 1 : 4 фракций:
0,14 - 0,3 мм 0,5 - 1,5
0,3 - 2,5 мм 1,5 - 2,5
2,5 - 5,0 мм 2,0 - 3,0
Суперпластификатор "С-3" на основе натриевых солей продукта конденс
ации нафталинсульфокислоты с формальдегидом 1,0 - 1,5
Вода Остальное
7. Мелкозернистый конструкционный бетон, включающий цемент, кварцевый песок фракций до 2,5 мм, микрокремнезем с удельной поверхностью (20 - 40) · 1000 см²/г, суперпластификатор и воду, отличающийся тем, что она содержит кварцевый песок фракций 0,05 - 0,5 мм, 1,0 - 1,15 мм, 2,2 - 2,5 мм, в качестве суперпластификатора - разжижитель "С-3" на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом и дополнительно - отходы дробления чешуйчатого базальта фракций 0,14 - 0,3 мм, 0,3 - 2,5 мм, 2,5 - 5 Омм при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цемент 30,0 - 31,0
Кварцевый песок фракций:
0,05 - 0,5 мм 1,5 - 2,5
1,0 - 1,15 мм 10,0 - 10,5
2,2 - 2,5 мм 38,5 - 40,5
Микрокремнезем с удельной поверхностью (20 - 40) · 10³ см²/
г 1,5 - 3,0
Отходы дробления чешуйчатого базальта фракций:
0,14 - 0,3 мм 0,5 - 1,5
0,3 - 2,5 мм 1,5 - 2,5
2,5 - 5,0 мм 2,0 - 3,0
Суперпластификатор "С-3" на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом 1,0 - 1,5
Вода Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4