Способ изготовления теплоизоляционных изделий

Изобретение относится к производству строительных изделий, а именно полистиролбетонных изделий, предназначенных для использования в строительстве в качестве стенового и теплоизолирующего материала. Технический результат - получение теплоизоляционных изделий, характеризуемых сокращением расхода цемента, улучшенной удобоукладываемостью, формуемостью, увеличенной прочностью и производительностью. В способе изготовления теплоизоляционных изделий путем приготовления формовочной смеси из портландцемента, воды и вспененного полистирола, формования и термообработки изделий используют портландцемент марки 400-500, вспененный полистирол гранулированный ПВГ марки по насыпной плотности 10-20 кг/м³, в формовочную смесь дополнительно вводят микрокремнезем и суперпластификатор С-3, причем сначала перемешивают указанный портландцемент с микрокремнеземом и указанным вспененным ПВГ в течение 2-3 минут, затем добавляют воду, содержащую суперпластификатор С-3, перемешивают 3-5 минут, смесь загружают в формовочные ящики, осуществляют формование путем виброуплотнения и прессования с последующим извлечением изделий из формовочных ящиков перед термообработкой, которую ведут в следующем режиме: 2 часа при температуре 15-25°С, затем 8 часов при 40-60°С и 1 час при 15-30°С, при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный портландцемент 60,0-65,6, микрокремнезем 6,6-12,0, указанный ПВГ 2,2-4,4, суперпластификатор С-3 0,6-0,66, вода - остальное. 2 табл.

 

Изобретение относится к производству строительных изделий и строительных конструкций, а именно полистиролбетонных изделий, предназначенных для использования в строительстве в качестве стенового и теплоизолирующего материала.

В мировой практике полистирол бетон известен с 50-х годов прошлого века, а в СССР первые разработки относятся к 70-м годам, однако широкое применение полистиролбетоны получили только в 90-х годах. Широкое применение этого материала в строительстве обусловлено высокими потребительскими свойствами. Полистирол бетоны, так называемые легкие бетоны, могут быть использованы в строительстве не только как ограждающие конструкции, но и в качестве несущих конструкций зданий, что позволяет снизить вес конструкций зданий, понизить нагрузку на грунт, уменьшить тепловые потери, повысить огнестойкость зданий, увеличить этажность. Строительный материал, представляющий собой вспененный бетон с пенополистирольным наполнителем и специальными добавками, выпускают в виде блоков и плит. Блоки в зависимости от марки имеют различную несущую способность и применяются для кладки самонесущих стен и для возведения несущих стен в малоэтажном строительстве. Плиты являются твердым утеплителем и могут быть использованы для утепления стен, полов, перекрытий. Стены, возводимые из блоков из полистиролбетона, не требуют применения дополнительных утеплителей и в 2-2,5 раза легче, чем из традиционных материалов.

Известен способ изготовления пенополистиробетона (патент РФ №2201907, кл. МКИ С 04 В 38/08, приоритет от 02.03.2001 г.) из цемента, воды, пены и пеностирольных гранул, заключающийся в том, что в приготовленный цементный раствор вначале подают 0,1-0,3 м³ пены на 1 м³ бетона и смесь перемешивают 0,5-5 мин, после этого подают пеностирольные гранулы в количестве 0,2-0,6 м³ на 1 м³ бетона и смесь перемешивают 0,5-5 мин, затем подают пену в количестве 0,3-0,1 м³ на 1 м³ бетона и перемешивают 0,5-5 мин. Технический результат: повышение прочности и сокращение времени изготовления.

Недостатком этого способа является невысокая прочность изготовляемых изделий.

Известен состав бетона (пат. ЕР №1189853, кл. МКИ С 04 В 38/08, приоритет 10.04.2000 г.). Согласно этому предложена добавка, применяемая для получения легкого бетона. Эта добавка представляет собой смесь 40-99% органического полимерного материала и 1-60% воздухововлекающего средства. Добавка подходит для получения легкого бетона, содержащего полистирольный заполнитель для превосходного диспергирования полистирольного заполнителя и улучшения связывания его с окружающим связующим.

Известен способ облицовки стен из особо легкого бетона (пат. РФ №2197583, кл. МКИ Е 04 F 13/08, приоритет 05.07.2000 г.). Облицовка для стен зданий осуществляется из особо легкого бетона, в частности полистиролбетонными блоками, облегченными плитами из мелкозернистого бетона. Технический результат: повышение надежности прикрепления облегченных крупноразмерных плит к стенам из особо легких бетонов, снижение трудоемкости монтажа облицовки и обеспечения пожаробезопасности при использовании в конструкции стен горючих материалов. Облицовка для стен из особо легкого бетона содержит слой плит, выполненных с отверстиями для размещения крепежных элементов. Плиты установлены с взаимным перекрытием и зазорами, металлические крепежные элементы выполнены гибкими в виде стержней с хвостиками и анкерами, каждый анкер выполнен в виде стержня, ось которого перпендикулярна плоскости хвостовика. Хвостовики и стержни закреплены в клеевых швах между блоками из особо легкого бетона, например полистиролбетона, причем каждая из плит соединена при помощи клеевого шва с блоками из особо легкого бетона.

Известен способ изготовления экологически чистых легких полистирол бетонных изделий (пат. РФ №2082695, МКИ С 04 В 38/00, приоритет 11.02.94 г.), включающий приготовление бетонной смеси, содержащей гранулы полистирола, полимерную добавку, цемент, воду, укладку смеси в форму и термообработку, при этом гранулы пенополистирола предварительно подвергают термостатированию, а смесь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

цемент	- 67,0-75,0
гранулы термостатированного пенополистирола	- 4,75-5,55
полимерная добавка	- 0,25-0,45
вода	- остальное.

Термостатирование гранул пенополистирола проводят в потоке нагретого воздуха при 60-87°С в течение 2,5-5 часов при скорости подачи теплоносителя 0,5-2,5 м/с. После термостатирования гранулы пенополистирола обрабатывают полимерной добавкой, содержащей смесь дикарбоновых кислот и смолу древесную омыленную при следующем соотношении компонентов, мас.%:

смесь дикарбоновых кислот	- 35-60
смесь солей дикарбоновых кислот	- 25-30
смола древесная омыленная	- 15-38.

Затем гранулы перемешивают с цементом и готовят однородную формовочную смесь, которую формуют в изделия и подвергают дальнейшей обработке.

Недостатком способа является невысокая прочность изделий и сложность изготовления.

Известен способ приготовления строительной смеси (пат. РФ №2201412, МКИ С 04 В 40/00, приоритет 20.07.2000 г.), включающий предварительный совместный помол портландцемента, кварцевого песка и суперпластификатора и последующее смешивание продукта помола со строительным песком. При этом помол ведут до удельной поверхности 4500-5500 см²/г, а продукт помола сначала смешивают в течение 3-4 мин. с микрокремнеземом, а затем с рядовым строительным песком или смесью его со щебнем фракции 5-20 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

портландцемент	- 14,7-22,5
кварцевый песок	- 1,7-2,5
суперпластификатор	- 0,22-,034
микрокремнезем	- 0,7-1,1
щебень фракции 5-20 мм	- 0-0,51
рядовой строительный песок	- 22,56-82,68.

Изготовляемые изделия имели прочность, МПа: R_изгиб 8,1-10,7; R_сжатие 68,7-82,0.

Недостатком способа является ограничение его использования.

Известна композиция (пат. РФ №2182141, МКИ С 04 В 38/08, приоритет 20.03.2000 г.) для изготовления легкобетонных изделий, включающая цемент, песок, вспученные гранулы пенополистирола, воды и комплексную добавку, состоящую из 0,015 вес.% сульфатного мыла и 0,15 вес.% лигносульфата технического в пересчете на массу композиции при следующем соотношении компонентов, вес.%:

цемент	- 50-51
песок	- 3-31
вспученные гранулы пенополистирола	- 2,1-2,2
комплексная добавка	- 0,165
вода	- остальное.

Технический результат: повышение адгезии гранул к связующему, пластификация бетонной смеси, повышение прочности и снижения плотности готовых изделий.

Недостатком такой композиции являются ограниченные возможности. Наиболее близким техническим решением является способ изготовления теплоизоляционных изделий (пат. РФ №2080311, МКИ С 04 В 38/08, приоритет 31.01.96 г.) путем приготовления формовочной смеси из цемента, воды и пенополистирола, формования и термообработки изделий при температуре не выше 70°С. Причем для приготовления формовочной смеси сначала перемешивают 2 об. части цемента с 1 об. частью воды в течение 15 сек до получения гелеобразной цементной связки, затем при перемешивании добавляют 5-10 об. частей пенополистирола и производят окончательное перемешивание в течение 16,5 сек до получения формовочной смеси. Используют портландцемент 400 по ГОСТу 10178-85, воду по ГОСТу 23792-79 и полистирол вспенивающийся самозатухающий (предварительно вспененный тип ПСВ-С по ГОСТу 30105-202-92. Приготовление пенополистиролбетонной смеси осуществляют на типовом бетоносмесителе - бетономешалке принудительного действия С-256, дозатор цемента 600/АД-600-2ВС (ДВЦ-600) дозатор воды 600 2АД-400-2ВШ (ДБЖ 400). Тепловлажностную обработку осуществляют в камерах ямного типа по следующему режиму: выдержка без пара 4 часа, подъем температуры до 50°С 2 часа, выдержка при 50°С 2 часа, подъем температуры до 70°С 3 часа, изотермический нагрев при 70°С 3 часа, охлаждение до 60°С 3 часа.

Технический результат: теплопроводность пенополистиролбетона объемным весом 500 кг/м³ равняется 0,19 Вт/м*°С или 0,13 ккал/м*г*°С. При этом керамзитобетон имеет 0,57 ккал/м*г*°С, а кирпичная кладка из глиняного обычного кирпича на цементно-песчаном растворе 0,48 ккал/м*г*°С.

Недостатком такого способа является ограниченность технических возможностей и недостаточно высокая прочность изготовляемых изделий.

Задачей предлагаемого способа изготовления теплоизоляционных изделий является устранение указанных выше недостатков, а также сокращение расхода портландцемента, улучшение удобоукладываемости, формуемости, увеличение прочности бетона, его морозостойкости и производительности.

Для достижения указанной задачи готовят формовочную смесь из портландцемента марки 400-500, воды и вспененного полистирола гранулированного ПВГ марки по насыпной плотности 10-20 кг/м³, дополнительно в формовочную смесь вводят микрокремнезем и суперпластификатор С-3. Сначала перемешивают указанный портландцемент с микрокремнеземом и указанным вспененным ПВГ в течение 2-3 минут. Затем в смесь добавляют воду, содержащую суперпластификатор С-3 и снова перемешивают 3-5 минут. После этого смесь загружают в формовочные ящики, осуществляют формирование путем виброуплотнения и прессования с последующим извлечением изделий из формовочных ящиков перед термообработкой, которую ведут в следующем режиме:

2 часа при температуре 15-25°С;

8 часов при температуре 40-60°С;

1 час при температуре 30-15°С.

Компоненты для изготовления теплоизоляционных изделий берут в следующих соотношениях, мас.%:

указанный портландцемент	- 60,0-65,6
микрокремнезем	- 6,6-12,0
указанный ПВГ	- 2,2-4,4
суперпластификатор С-3	- 0,6-0,66
вода	- остальное.

Введение в формовочную смесь микрокремнезема позволяет сократить расход цемента, увеличить объем цементного теста, повысить плотность, прочность и долговечность. Микрокремнезем представляет собой мелкие шарообразные частицы со средней удельной поверхностью около 20 м²/г, средний размер частиц составляет около 0,1 микрон, примерно в 100 раз меньше среднего размера зерна цемента. Плотность микрокремнезема составляет примерно 2,2 г/м³ (портландцемента 3,1 г/м³), а объемная плотность в рыхлом состоянии 130-430 кг/м² (цемент 1500 кг/м²).

Используемый микрокремнезем легко вступает в химическую реакцию с гидроокисью кальция, высвобождаемой в процессе гидратации цемента, повышая количество гидратированных силикатов типа CSH, которые обладают способностью присоединять другие ионы, особенно щелочи, что имеет существенное значение для уменьшения расширения, вызываемого реакциями между щелочами и заполнителем. Силикатный гель, образующийся в период гидратации, в дальнейшем переходит в морфологические силикаты типа CSH, что является фактором повышения прочности бетонов с микрокремнеземом. Экспериментально установлено, что в твердеющей цементной массе микрокремнезем в количестве от 0 до 20% от массы портландцемента уменьшает количество Са(ОН)₂ от 33 до 5%. Кроме того, уплотнению цементной смеси способствует заполнение пространства между частицами портландцемента и продуктами гидратации частицами микрокремнезема.

Связывая свободную известь и уплотняя цементную смесь, микрокремнезем способствует повышению коррозийной стойкости. Добавка микрокремнезема в количестве 10-20% от массы портландцемента повышает прочность бетона на 30-35%, водонепроницаемость на 25-50% и сульфатостойкость на 90-100%. При замещении до 5% портландцемента микрокремнеземом качество получаемых бетонов изменяется весьма незначительно, при повышении количества микрокремнезема физические показатели бетона возрастают интенсивно, но при содержании микрокремнезема в бетоне 20-30% изменения физико-механических характеристик не наблюдалось или изменялось незначительно. При этом увеличивалась водопотребность смеси, что приводило к снижению прочности.

Использование суперпластификатора С-3 в качестве пластификатора обеспечивает повышение прочности бетона и улучшает формовочные свойства, ускоряет процесс твердения. Указанные количества суперпластификатора С-3 установлены экспериментально и его передозировка приводит к неоправданному удорожанию смеси.

Присутствие в бетонной смеси полистирола позволяет получать строительный материал, используемый для теплоизоляции стен, кровель, перекрытий, для теплоизоляции зданий при монолитном и коттеджном строительстве. Получаемый материал обладает высокой степенью звукопоглощения, что позволяет его использовать в качестве звукопоглощающего материала.

В предлагаемом способе используют полистирол вспененный гранулированный ПВГ, представляющий продукт одно- или многоступенчатого суспензионного вспенивания полистирола (ГОСТ 301-05-202-92Е), имеющий марку по насыпной плотности от 10 до 20 кг/м³ мелкой фракции размером 2,5-10 мм.

Использование полистирола для изготовления изделий в указанном количестве позволяет получать полистиролбетоны, характеризуемые марками по плотности Д200-Д250, а по прочности М2-М3,5. Использование полистирола меньше нижнего предела не обеспечивает получения полистиролбетона с заданными техническими характеристиками. При использовании полистирола больше высшего предела ухудшается качество полистиролбетона, особенно прочность и теплопроводность. Используемые в способе портландцементы характеризуются марками 400, 500, бездобавочный (ДО) в количестве, необходимом для технологического процесса (180-250 кг/м³ полистиролбетона).

Конкретный пример исполнения.

В растворомешалку засыпаем портландцемент марки М500ДО в количестве 180 кг, добавляем микрокремнезем в количестве 36 кг и вспененный гранулированный полистирол ПВГ марки по насыпной плотности 20 кг/м³ фракции 2,5-10 мм в количестве 13,4 кг. Перемешиваем сухую массу в течение 2-3 минут и вводим постепенно воду затворения в количестве 68,5 литров с добавленнием в нее суперпластификатора С-3 в количестве 1,8 кг (1% от веса портландцемента). Перемешиваем формовочную смесь в течение 5 минут до образования однородной смеси. Затем смесь загружаем в формовочные ящики пресса и осуществляем виброуплотнение с последующим прессованием усилием 35 г/см² в течение 1 минуты, затем снимаем усилие, извлекаем из формовочных ящиков изделия и помещаем их в камеру термообработки с режимом обработки:

2 часа при температуре 15-25°С;

8 часов при температуре 40-60°С;

1 час при температуре 30-15°С.

Полученные изделия из полистиролбетона размером 100×200×400 характеризуются маркой по прочности М2, плотностью 200 кг/м³, коэффициентом теплопроводности 0,064 Вт/(м*°С), эксплуатационной влажностью 4%.

Остальные примеры даны в таблице 1.

Таким образом, предлагаемый способ изготовления теплоизоляционных изделий позволяет получать изделия высокого качества (некоторые его физико-механические характеристики приведены в таблице 2), которые могут быть использованы в строительстве в качестве стенового, теплоизолирующего и звуконепроницаемого материала.

Таблица 1

Пример №№ п/п	Количественное содержание компонентов, на 1 м3 полистиролбетона	Параметры изготовления
Портландцемент, кг	Микрокремнезем, кг	Полистирол, кг	Суперпластификатор С-3, кг	Вода, л	1-е перемешивание, мин	2-е перемешивание, мин	Тепловлажностная обработка
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Марка 500 ДО 180 (60%)	36 (12,0%)	Марка 20 13,4 (4,4%)	1,8 (0,6%)	68,5 (23%)	2-3	5	при 15-25°С -2 час 40-50°С -8 час 15-20°С -1 час
2	Марка 500 ДО 200 (62,72%)	30 (9,41%)	Марка 15 10,9 (3,413%)	2,0 (0,627%)	76,0 (23,83%)	2-3	3-5	при 15-25°С -2 час 40-50°С -8 час 15-20°С -1 час
3	Марка 400 ДО 250 (65,634%)	25 (6,563%)	Марка 10 8,4 (2,205%)	2,5 (0,656%)	95,0 (24,942%)	2-3	5	при 15-25°С -2 час 40-50°С -8 час 15-20°С -1 час
Прототип	2 объемн. части 260 кг		5-10 об. частей 300-400 кг/м3		1 об. часть 105л	15	16,5 2 мин	без пара 4 часа, 2 час при 50°С, 2 час выдержка, 3 час при 70°С, 3 час изотермическая выдержка, 3 час охлаждение

Таблица 2
№№п/п	Пример	Марка по прочности на сжатие по ГОСТу 10180	Плотность полистиролбетона, кг/м3	Коээфициент теплопроводности в сухом состоянии, Вт/(м*°С)	Сорбционная влажность по СниП 11-3-79*,%
1	2	3	4	5	6
1	1	М2	200	0,064	W-4
2	2	М2,5	250	0,070	W-5
3	3	М3,5	250	0,075	W-6
4	Прототип		500	0,190

Способ изготовления теплоизоляционных изделий путем приготовления формовочной смеси из портландцемента, воды и вспененного полистирола, формования и термообработки изделий, отличающийся тем, что используют портландцемент марки 400-500, вспененный полистирол гранулированный ПВГ марки по насыпной плотности 10-20 кг/м³, в формовочную смесь дополнительно вводят микрокремнезем и суперпластификатор С-3, причем сначала перемешивают указанный портландцемент с микрокремнеземом и указанным вспененным ПВГ в течение 2-3 мин, затем добавляют воду, содержащую суперпластификатор С-3, перемешивают 3-5 мин, смесь загружают в формовочные ящики, осуществляют формование путем виброуплотнения и прессования с последующим извлечением изделий из формовочных ящиков перед термообработкой, которую ведут в следующем режиме: 2 ч при температуре 15-25°С, затем 8 ч при 40-60°С и 1 ч при 15-30°С, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

указанный портландцемент	- 60,0-65,6
микрокремнезем	- 6,6-12,0
указанный ПВГ	- 2,2-4,4
суперпластификатор С-3	- 0,6-0,66
вода	- остальное.