Способ изготовления полистирольного заполнителя для бетонной смеси и способ изготовления полистиролбетонных изделий

 

Область применения: производство строительных материалов, в частности полистирольного заполнителя для бетона. Сущность изобретения: способ изготовления полистирольного заполнителя для бетона включает вспенивание по трехстадийной технологии с промежуточной стадией термостатирования в потоке нагретого воздуха в пульсационном режиме с применением детоксикантов и химических добавок. Способ позволяет получать гранулы пенополистирола регулярной структуры пониженной плотности, обеспечивающие их экологическую безопасность. Плотность гранул составляет до 9,5 кг/м³, прочность при 10%-ной деформации до 1,0 МПа, коэффициент теплопроводности до 0,035 Вт/м·град, водопоглощение за 24 ч - 0,8 об.%, прочность полистиролбетонных изделий до 19,8 кг/см², их объемная масса - до 350 кг/м³, содержание свободного стирола - 0. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области строительства, в частности к способу изготовления полистирольного заполнителя для бетонной смеси и к способу изготовления полистиролбетонных изделий.

Известен способ изготовления строительных панелей, предусматривающий формование их из смеси портландцемента, жидкого стекла, смолы древесной омыленной, гранулированного полистирола и воды [1] Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к способу изготовления гранул полистирола является способ, заключающийся во вспенивании гранул полистирола ПСБ и ПСБ-С кипящей водой, водяным паром или смесью пара и воздуха с последующим выдерживанием их в помещении в течение 5-10 ч при 20-25^oC [2] Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к способу изготовления полистирольных изделий является способ, заключающийся в перемешивании компонентов смеси с полистирольным заполнителем, формовании изделий и их термообработке под крышкой с последующим выдерживанием в течение 4-6 ч при 95-100^oC [3] Решение технической задачи направлено на снижение содержания свободного стирола и увеличение прочности характеристик готовых полистирольных изделий.

Это достигается тем, что в способе изготовления полистирольного заполнителя для бетонной смеси, включающем вспенивание при нагревании и термостатирование гранул, вспенивание осуществляют в две стадии при соотношении продолжительности вспенивания соответственно 1 (1 1,75) с промежуточным термостатированием между ними в потоке нагретого воздуха при температуре 40-65^oC в течение 4-24 ч и последующим вылеживанием при температуре не более 30^oC в течение 20-24 ч в присутствии детоксикантов стирола и количестве 0,02-0,15% от массы гранул.

На первой стадии вспенивание исходного полистирольного битера происходит в парогазовой фазе при температуре 97-105^oC при времени пребывания гранул в зоне активного прогрева 3-5 мин и последующей закалкой в температурном поле, описываемом уравнением t^o t^°_max K·h, где t^°_max максимальная температура в зоне активного прогрева, К коэффициент, учитывающий соотношение t^°_max в зоне активного прогрева и высоты камеры вспенивания (h).

Термостатирование полистирольного заполнителя после первой стадии ведут в потоке нагретого воздуха по циклическому режиму при следующих параметрах: нагрев до температуры 60-65^oC в течение 50-65 мин; остывание до температуры 35-40^oC в течение 30-35 мин.

Повторное вспенивание на второй стадии полистирольного заполнителя ведут после его вылеживания (при температуре не выше 30^oC в течение 20-24 ч) в парожидкостной среде при 92-97^oC, в качестве детоксиканта стирола используют перманганат или бихромат калия или их смесь в соотношении компонентов соответственно 1 (1-1,25).

Способ изготовления полистиролбетонных изделий заключается в приготовлении полистирольнной смеси с использованием полистирольного заполнителя, вспененного в две стадии с промежуточным термостатированием между ними и последующим вылеживанием в присутствии детоксиканта в количестве 0,02-0,15% от массы заполнителя, причем при приготовлении полистиролбетонной смеси в нее дополнительно вводят добавку из группы: хлорид алюминия, хлорид железа, гидроксид алюминия, смесь гидроксида железа с перманганатом калия или бихроматом калия в соотношении соответственно 1 (1-1,5), смесь гидроксида железа, перманганата калия или бихромата калия с воздухововлекающей добавкой в соотношении соответственно (1-1,35) 1 (1-1,35), а нагрев отформованного изделия осуществляют при 80-85^oC в течение 0,8-1,5 ч и выдерживают до 55-65^oC в течение 1,5-2,5 ч.

В качестве воздухововлекающей добавки в полистиролбетонную смесь вводят смесь из группы: смесь натриевых или триэтаноламиновых солей алкилсульфатов первичных жирных спиртов фракций С₁₀-С₁₈ и натриевых или триэтаноламиновых солей сульфатов алкиламинов синтетических жирных кислот фракции С₁₀-С₁₆, или смесь натриевых или калиевых солей жирных кислот фракции С₁₉-С₂₅ и натриевых или триэтаноламиновых солей алкилсерных кислот фракций С₁₀-С₁₃, или смесь натриевых или триэтаноламиновых солей алкилсерных аминовых солей сульфатов моноэтаноламидов синтетических жирных кислот фракции С₁₂-С₁₆ в соотношении компонентов соответственно 1 (1-1,14). Может быть введена также смола древесная омыленная.

Применение детоксикантов и химической добавки обеспечивает экологическую защиту от вредных выделений свободного стирола в готовых полистиролбетонных изделиях как в сухом, так и во влажном их состоянии. В случае высушенных изделий, когда влажность не превышает 1,5% реакция химической нейтрализации свободного стирола идет за счет присутствия гидроксида алюминия или железа и может быть представлена уравнением: В свою очередь органоминеральный комплекс имеет склонность к дальнейшему химическому взаимодействию со стиролом по схеме: Гидроокись алюминия или железа может быть получена также и в случае использования аналогичных хлоридов за счет ионообменной реакции их в сильно-щелочной среде свежеприготовленной полистиролбетонной смеси.

В случае увлажненных изделий детоксикация свободного стирола осуществляется за счет окислительного действия перманганата или бихромата калия по схеме: Образовавшиеся в результате химического превращения стирола продукты нелетучи, нетоксичны, представляют собой твердые вещества, легко удерживаемые в теле бетона как за счет механического сцепления, так и за счет некоторых видов химической связи с новообразованиями цементного камня.

Применение же трехстадийного способа вспенивания полистирольного заполнителя способствует формированию структурированных гранул переменной пористости с поверхностным тонкостенным уплотненным слоем, что приводит к повышению их упруго-деформативных свойств при относительно низкой плотности и относительно меньших размерах. Это в свою очередь способствует повышению физико-механических показателей готовых полистиролбетонных изделий.

В работе были использованы следующие материалы и приборы: портландцемент марок 400-500 (ТУ ГОСТ 10178-85), гранулированный вспенивающийся полистирол (ТУ-301-05-3-93), перманганат калия (ГОСТ 5777-84), бихромат калия (ГОСТ 4147-74), гидроксид алюминия, гидроксид железа. Вспенивание исходного полистирольного бисера на первых двух стадиях осуществляли в лабораторном аппарате емкостью 10 л, высотой 0,7 м, снабженным парогенератором и перемешивающим устройством; термостатирование в аппарате колонного типа емкостью 3,5 л, третью ступень вспенивания в лабораторной пропарочной камере на 200 л.

Плотность полистирольного заполнителя определяли (ГОСТ 409-77), прочность на сжатие при 10%-ной деформации (ГОСТ 15588-86), коэффициент теплопроводности (ГОСТ 7076-87), средний диаметр частиц (ГОСТ 3826-82), содержание свободного стирола (ГОСТ 15820-82), прочность готовых полистиролбетонных изделий (ГОСТ 17117-81), объемную массу (ГОСТ 17117.3-81).

На основе полистирольного заполнителя, получаемого предлагаемым способом, готовили бетонную смесь, содержащую, мас. цемент 67, полистирольный заполнитель 5,55, химическая добавка 0,45, вода остальное.

В табл. 1 и 2 приведены конкретные условия предлагаемого способа изготовления полистирольного заполнителя и свойства конечных продуктов.

Формула изобретения

1. Способ изготовления полистирольного заполнителя для бетонной смеси, включающий вспенивание при нагревании и термостатирование гранул, отличающийся тем, что вспенивание осуществляют в две стадии при соотношении продолжительности вспенивания соответственно 1 1 1,75 с промежуточным термостатированием между стадиями в потоке нагретого воздуха при 40 65^oС в течение 4 24 ч с последующим вылеживанием при температуре не более 30^oС в течение 20 24 ч в присутствии детоксикантов стирола в количестве 0,02 0,15% от массы гранул.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вспенивание на первой стадии осуществляют в парогазовой среде при 97 105^oС в течение 3 5 мин в зоне активного прогрева с последующей закалкой в температурном поле, описываемом уравнением
t° = t^°_max-K·h,
где t^°_max - максимальная температура в зоне активного прогрева;
h высота вспененного слоя;
К коэффициент, учитывающий соотношение t^°_max в зоне активного прогрева и высоты камеры вспенивания.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что термостатирование осуществляют в потоке нагретого воздуха при скорости 2,5 5 м/с в течение 8 24 ч по циклическому режиму: нагрев до t 60 65^oС в течение 50 65 мин и остывание до t 35 40^oС в течение 30 45 мин.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на второй стадии вспенивание осуществляют в парожидкостной среде при t 92 97^oС.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве детоксикантов стирола используют перманганат или бихромат калия или их смесь в соотношении соответственно 1 1 1,25.

6. Способ изготовления полистиролбетонных изделий, заключающийся в приготовлении полистиролбетонной смеси из цемента, полистирольного заполнителя и воды, ее формовании в фиксированном объеме и нагреве, отличающийся тем, что используют полистирольный заполнитель, вспененный в две стадии с промежуточным термостатированием между ними и последующим вылеживанием в присутствии детоксиканта стирола в количестве 0,02 0,15% от массы заполнителя, причем при приготовлении полистиролбетонной смеси в нее дополнительно вводят добавку из группы: хлорид алюминия, хлорид железа, гидроксид алюминия, смесь гидроксида железа с перманганатом калия или бихроматом калия с воздухововлекающей добавкой в соотношении соответственно 1 1,35 1 1 - 1,35, а нагрев отформованного изделия осуществляют до t 80 85^oС в течение 0,8 1,5 ч и выдерживают при 55 65^oС в течение 1,5 2,5 ч.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве воздухововлекающей добавки вводят смесь из группы: смесь натриевых или триэтаноламиновых солей алкилсульфатов первичных жирных спиртов фракций С₁₀ - С₁₈ и натриевых или триэтаноламиновых солей сульфатов алкилоламидов синтетических жирных кислот фракций С₁₀ - С₁₆, или смесь натриевых или калиевых солей жирных кислот фракции С₁₉ С₂₅ и натриевых или триэтаноламиновых солей алкилсерных кислот фракции С₁₀ С₁₃, или смесь натриевых или триэтаноламиновых солей алкилсерных кислот фракции С₁₀ С₁₆ и натриевых или триэтаноламиновых солей сульфатов моноэтаноламидов синтетических жирных кислот фракции С₁₂ С₁₆ при соотношении компонентов указанных смесей соответственно 1 1 1,14.

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве воздухововлекающей добавки вводят смолу древесную омыленную.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2