Способ изготовления полистиролбетонных изделий

 

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности полистиролбетонных изделий, обладающих теплоизоляционными и конструктивными свойствами. Способ изготовления полистиролбетонных изделий из состава, содержащего портландцемент, гранулированный вспененный полистирол, армирующий материал, воздухововлекающую добавку - смолу древесную омыленную, пластифицирующую добавку и воду, включает подачу в бетоносмеситель расчетного количества гранулированного вспененного полистирола, смачивание его частью воды затворения при перемешивании, введение цемента, оставшейся части воды затворения, воздухововлекающей и пластифицирующей добавок, перемешивание смеси, формование изделий и их термообработку. Воздухововлекающую добавку - смолу древесную омыленную - предварительно разводят водой в соотношении (1:5)-(1:10) до 8-12%-ной концентрации по сухому веществу и выдерживают до 48 часов при температуре 15-35°С. Для смачивания гранулированного вспененного полистирола, имеющего насыпную плотность 25-30 кГ/м³, фракций диаметром 3-5 мм, используют 1/3 часть воды затворения и перемешивают в течение 0,5-1,5 минут. После введения в смеситель портландцемента марки 400-500 смесь перемешивают 30-60 секунд, затем в смеситель подают оставшиеся 2/3 части воды затворения, предварительно разведенную смолу древесную омыленную и пластифицирующую добавку - лигносульфонат или суперпластификатор С3, смесь перемешивают не менее 2 минут и прогревают за счет теплоты гидратации цемента до температуры 35-75°С и получения слитной поризованной однородной структуры. При формовании приготовленную полистиролбетонную смесь подают с помощью шнекового насоса в опалубку с установленным в ней ячеистым каркасом из армирующего материала - нитей или прутков диаметром (0,5-3) d, с ячейкой (50-100)·(50-100) d в 2-4 слоя и связующими поперечными прутками диаметром (1,0-4) d с шагом (100-200)·(100-200) d, где d - средний диаметр гранул полистирола. Защитный слой между арматурой и наружной поверхностью составляет не менее 25 мм. Уложенную смесь разравнивают и выдерживают при температуре 15-35°С не менее 12 часов. На полученное полистиролбетонное изделие, после его распалубки, распыляют воду 1 раз в три дня в течение 30 дней, начиная с 8-го дня после укладки смеси в опалубке. Используют состав, включающий, мас.%: портландцемент 68-70; вспененный полистирол 3-6; смола древесная омыленная (на сухое вещество) 0,02-0,1; пластифицирующая добавка (на сухое вещество) 0,1-0,2; вода – остальное, армирующий материал (сверх 100%) 5-12. Технический результат: снижение объемной массы и теплопроводности изделий, снижение расхода исходных компонентов. 1 табл.

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности полистиролбетонных изделий, обладающих теплоизоляционной и конструктивной надежностью.

Наиболее близким к предложенному техническому решению является способ изготовления полистиролбетонных изделий из состава, содержащего портландцемент, гранулированный вспененный полистирол, армирующий материал, воздухововлекающую добавку-смолу древесную омыленную, пластифицирующую добавку и воду, включающий подачу в бетоносмеситель расчетного количества гранулированного вспененного полистирола, смачивание его частью воды затворения при перемешивании, введении цемента, оставшейся части воды затворения, воздухововлекающей и пластифицирующей добавок, перемешивании смеси, формование изделий и их термообработку, при этом используют состав, включающий, мас.%:

портландцемент 68-90

вспененный полистирол 0,7-2,3

смола древесная омыленная

(на сухое вещество) 0,3-0,7

пластифицирующая добавка

(на сухое вещество) 0,25-0,55

вода остальное

армирующий материал 1,4-5,2

Недостатком способа из известного состава является следующее:

использование волокнистых материалов ухудшает санитарные условия производства, так как волокна повышают запыленность воздуха рабочей зоны;

неравномерность распределения компонентов смеси между собой вследствие одновременного их перемешивания в бетоносмесителе;

использование в технологии токсичных формальдегидов и фенолов;

необходимость применения тепловой энергии для тепловой обработки формованных изделий;

применение в качестве армирующего материала следующих компонентов:

- целлюлозы, набухающей в воде [2] и способствующей дополнительной усадке при изготовлении изделий;

- вермикулита (высокогидратированной слюды с содержанием Fe₂O₃+FeO 5-17%, H₂O 8-18%), который представлен пластинчатыми кристаллами в основной массе менее 3 мм, 50% менее 1 мм, плотность 2,05-2,71 г/см³, вспучивание при температуре 150-300°C [3], окислы железа которого способствуют электрохимической коррозии закладных металлических конструкций, вспучивание вермикулита может разрушить изделия при температурах выше 150°С;

- минеральных и стеклянных волокон, имеющих диаметр от 1 до 12 мкм, длину 2-50 мм, которые, во-первых, практически невозможно равномерно распределить в смеси и, во-вторых, в процессе перемешивания волокна разрушаются (укорачиваются, расщепляются), что в совокупности приводит к снижению прочности готовых изделий;

- мелкая фракция полистирольного заполнителя обуславливает более высокую объемную массу готовых изделий (850-1120 г/см³), что приводит к повышению их коэффициента теплопроводности (0,2-0,22)Вт/(м·°С), т.е. к снижению теплоизоляционных свойств изделий;

- неэффективное использование армирующих материалов, связанное с анизотропным их распределением по объему изделия, так как используемые короткие волокна и мелкие частицы невозможно ориентировать в горизонтальном и вертикальном положении при перемешивании массы в смесителе. Это приводит к повышенному расходу цемента, увеличению объемной массы полистиролбетонных изделий, что ограничивает их транспортабельность.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков.

Это достигается тем, что в отличие от известного способа изготовления полистиролбетонных изделий из состава, содержащего портландцемент, гранулированный вспененный полистирол, армирующий материал, воздухововлекающую добавку-смолу древесную омыленную, пластифицирующую добавку и воду, включающий подачу в бетоносмеситель расчетного количества гранулированного вспененного полистирола, смачивание его частью воды затворения при перемешивании, введении цемента, оставшейся части воды затворения, воздухововлекающей и пластифицирующей добавок, перемешивание смеси, формование изделий и их термообработку, в предлагаемом изобретении воздухововлекающую добавку-смолу древесную омыленную предварительно разводят водой в соотношении (1:5)-(1:10) до 8-12%-ной концентрации по сухому веществу и выдерживают до 48 часов при температуре 15-35°С. для смачивания гранулированного вспененного полистирола, имеющего насыпную плотность 25-30 кг/м (фракций диаметром 3-5 мм), используют 1/3 часть воды затворения, и перемешивают в течение 0,5-1,5 минут, после введения в смеситель портландцемента марки 400-500 смесь перемешивают 30-60 секунд, затем в смеситель подают оставшиеся 2/3 части воды затворения, предварительно разведенную смолу древесную омыленную и пластифицирующую добавку - лигносульфонат или суперпластификатор С3, смесь перемешивают не менее 2 минут и прогревают за счет теплоты гидратации цемента до температуры 35-75°С и получения слитной поризованной однородной структуры, при формовании приготовленную полистиролбетонную смесь подают с помощью тискового насоса в опалубку с установленным в ней ячеистым каркасом из армирующего материала-нитей или прутков диаметром (0,5-3) d, ячейкой (5-100)·(50-100) d в 2-4 слоя и связующими поперечными прутками диаметром (1,0-4) d с шагом (100-200)·(100-200) d, где d - средний диаметр гранул полистирола. причем защитный слой между арматурой и наружной поверхностью составляет не менее 25 мм. уложенную смесь разравнивают и выдерживают при температуре 15-35°С не менее 12 часов, на полученное полистиролбетонное изделие, после его распалубки, распыляют воду 1 раз в три дня в течение 30 дней, начиная с 8-го дня после укладки смеси в опалубке, при этом используют состав, включающий, мас.%:

портландцемент 68-70

вспененный полистирол 3-6

смола древесная омыленная

(на сухое вещество) 0,02-0,1

пластифицирующая добавка

(на сухое вещество) 0,1-0,2

вода остальное

армирующий материал

(сверх 100%) 5-12

Технический результат: предложенный способ изготовления полистиролбетонных изделий исключает недостатки прототипа, снижает объемную массу до 500-800 кг/м³ и теплопроводность - до 0,11-0,17 Вт/(м·°С), снижается расход вспененного полистирола, минерального вяжущего, токсичных при изготовлении и эксплуатации

воздухововлекающих добавок, при этом обеспечиваются транспортабельность и тепловая защита полистиролбетонных изделий.

При перемешивании вспененных гранул полистирола с частью воды затворения вода проникает в поры и капилляры полистирольных гранул и препятствует проникновению в них воздухововлекающих добавок, которые в противном случае адсорбировались бы в порах и капиллярах и тем самым увеличили бы объемную массу гранул и теплопроводность изделий. При приготовлении водного раствора воздухововлекающей добавки при температурах 15-35°С происходит ее желатинизация (переход в коллоидное состояние). После введения остальных компонентов в процессе перемешивания происходит гидратация цемента с выделением значительного количества тепла и желатинизация водного раствора лигносульфоната. При повышенных температурах (35-75°С) и последующей выдержке смеси происходит смачивание поверхностей вспененных гранул полистирола желатинизированными воздухововлекающей добавкой и лигносульфонатом или суперпластификатор С3, взаимодействие их на молекулярном уровне с поверхностью полистирольных гранул, что приводит к их упрочнению. В процессе совместного перемешивания увлажненных компонентов шихты в смесителях образуются гидросиликаты кальция, которые, частично находясь в коллоидном состоянии, взаимодействуют с желатинизированными (коллоидными) воздухововлекающей добавкой и лигносульфонатом или суперпластификатором С3, что придает массе связность и удобоформуемость. Цементное тесто, коллоидные воздухововлекающие добавки и лигносульфонат или суперпластификатор С3 способствуют налипанию тонких зерен цемента на крупные гранулы полистирола, и тем самым, гомогенизации массы. Это позволяет снизить расход минерального вяжущего, воздухововлекающих и пластифицирующих добавок в 1,5-2 раза и вредные выбросы в окружающую среду.

При перемешивании массы происходит равномерное распределение компонентов по всему ее объему. Мелкодисперсные частицы цемента связаны коллоидными мицеллами воздухововлекающих и пластифицирующих добавок и, в отличие от прототипа, не мигрируют к поверхности изделий, поэтому через сутки в изделии происходит гарантированное связывание гранул полистирола бетоном, что повышает однородность свойств изделия по всему их объему. Этому способствует и регулярное смачивание поверхности изделий водой.

Достижение технического результата при реализации совокупности признаков изобретения, изложенных в формуле, подтверждается следующим примером:

- воздухововлекающую добавку-смолу древесную омыленную СДО, отвечающую требованиям ТУ 13-0281-078-02-93, предварительно разводят водой, отвечающей требованиям ГОСТ 23732, в соотношении 1:10 до 10%-ной концентрации по сухому веществу и выдерживают до 48 часов при температуре 15-20°С;

- гранулированный вспененный полистирол, имеющий насыпную плотность 25-30 кг/м³ с фракциями диаметром 3-5 мм, перемешивается в смесителе в течение 1 минуты с 1/3 частью воды затворения:

- в смеситель загружается отдозированный портландцемент марки М 400, отвечающий требованиям ГОСТ 10178, и смесь перемешивается 30 секунд,

- далее в смеситель заливают оставшиеся 2/3 части воды затворения, 10% раствор воздухововлекающей добавки, 10% раствор

смолы древесной омыленной и пластифицирующую добавку (лигносульфонат или суперпластификатор С3);

- смесь перемешивается не менее 2 мин и прогревается за счет теплоты гидратации цемента до температуры 35°С и получения слитной поризованной однородной структуры;

- приготовленную полистиролбетонную смесь подают с помощью тискового насоса в опалубку с установленной в ней арматуры 08А3 с ячейкой 200·200 мм в 2 слоя и установкой связующих поперечных стержней с шагом 400·400 мм. Защитный слой между арматурой и наружной поверхностью полистиролбетона должен составлять минимум 25 мм;

- после укладки смесь разравнивают и выдерживают при температуре 15-20°С не менее 12 часов;

после распалубки на изделия из полистиролбетона распыляют воду из малярного пистолета 1 раз в три дня в течение 30 дней, начиная с 8-го дня после заливки смеси в опалубку.

Составы изготовленных изделий приведены в таблице.

Анализ информации показал, что заявленное техническое решение не известно из достигнутого уровня техники, в связи с чем оно соответствует критерию “новизна”.

Подобное техническое решение явным образом не следует из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию “изобретательский уровень”.

Изложенное свидетельствует, что изобретение соответствует критерию “промышленная применимость”.

В ООО “Уромгаз” изготовлены и испытаны опытные партии блок-боксов газораспределительных станций из полистиролбетонных изделий, в которых реализовано заявляемое решение.

Положительные результаты испытаний полистиролбетонных изделий на предприятиях металлургии, машиностроения, в газовой промышленности подтвердили их эффективность и широкие возможности практического использования в будущем.

Источники информации

1. Патент №2150446, кл. С 04 В 38/08, C 04 В 38/10 от 01.12.1998 г. (прототип).

2. Брацыхин. Б.А. Технология пластических масс. - Л.: Химия, 1974 г., стр.308.

3. Строительные материалы. Справочник. - М.: Стройиздат, 1989 г., стр.20.

Формула изобретения

Способ изготовления полистиролбетонных изделий из состава, содержащего портландцемент, гранулированный вспененный полистирол, армирующий материал, воздухововлекающую добавку - смолу древесную омыленную, пластифицирующую добавку и воду, включающий подачу в бетоносмеситель расчетного количества гранулированного вспененного полистирола, смачивание его частью воды затворения при перемешивании, введение цемента, оставшейся части воды затворения, воздухововлекающей и пластифицирующей добавок, перемешивание смеси, формование изделий и их термообработку, отличающийся тем, что воздухововлекающую добавку - смолу древесную омыленную предварительно разводят водой в соотношении (1:5)-(1:10) до 8-12%-ной концентрации по сухому веществу и выдерживают до 48 ч при температуре 15-35°С, для смачивания гранулированного вспененного полистирола, имеющего насыпную плотность 25-30 кГ/м³, фракций диаметром 3-5 мм, используют 1/3 часть воды затворения и перемешивают в течение 0,5-1,5 мин, после введения в смеситель портландцемента марки 400-500 смесь перемешивают 30-60 с, затем в смеситель подают оставшиеся 2/3 части воды затворения, предварительно разведенную смолу древесную омыленную и пластифицирующую добавку - лигносульфонат или суперпластификатор С3 смесь перемешивают не менее 2 мин и прогревают за счет теплоты гидратации цемента до температуры 35-75°С и получения слитной поризованной однородной структуры, при формовании приготовленную полистиролбетонную смесь подают с помощью шнекового насоса в опалубку с установленным в ней ячеистым каркасом из армирующего материала - нитей или прутков диаметром (0,5-3)d, с ячейкой (50-100)x(50-100)d в 2-4 слоя и связующими поперечными прутками диаметром (1,0-4)d с шагом (100-200)x(100-200)d, где d - средний диаметр гранул полистирола, причем защитный слой между арматурой и наружной поверхностью составляет не менее 25 мм, уложенную смесь разравнивают и выдерживают при температуре 15-35°С не менее 12 ч, на полученное полистиролбетонное изделие, после его распалубки, распыляют воду 1 раз в три дня в течение 30 дней, начиная с 8 дня после укладки смеси в опалубке, при этом используют состав, включающий, мас.%:

Портландцемент 68-70

Вспененный полистирол 3-6

Смола древесная омыленная (на сухое вещество) 0,02-0,1

Пластифицирующая добавка (на сухое вещество) 0,1-0,2

Вода Остальное

Армирующий материал (сверх 100%) 5-12