Способ получения теплоизоляционного ячеистого бетона (варианты)
Владельцы патента RU 2266271:
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (БГТУ им. В.Г. Шухова) (RU)
Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для приготовления теплоизоляционных ячеистых бетонов при производстве строительных изделий, для устройства теплоизоляции и в монолитном строительстве. Технический результат: снижение усадочных деформаций, плотности и теплопроводности ячеистого бетона без снижения прочности, улучшение однородности его структуры, сокращение и упрощение производственного цикла, а также уменьшение расхода пенообразователя и цемента. По первому варианту в смеситель сначала подают воду в количестве, соответствующем В/Т=0,5-0,65, песок и вводят синтетический анионактивный пенообразователь в количестве 0,08-0,1% от массы твердых компонентов, перемешивают компоненты в течение 1,5-2,3 минут, затем вводят цемент и после этого перемешивают компоненты до полной поризации смеси, при этом твердые компоненты вводят в следующих количественных соотношениях, мас.%: песок - 30-35, цемент - 65-70. По второму варианту сначала в смеситель подают воду в количестве, соответствующем В/Т=0,6-0,75, в качестве кремнеземистого компонента вводят перлит мелкой фракции и дополнительно вводят синтетический анионактивный пенообразователь в количестве 0,08-0,1% от массы твердых компонентов смеси, перемешивают компоненты в течение 1,5-2,3 минут, затем вводят цемент и после этого осуществляют перемешивание до полной поризации смеси, при этом твердые компоненты вводят в следующих количественных соотношениях, мас.%: перлит - 1-3, цемент - 97-99. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для приготовления ячеистых бетонов при производстве теплоизоляционных строительных изделий, для устройства теплоизоляции и в монолитном строительстве.
Известен способ получения ячеистого бетона путем последовательной подачи в смеситель воды, 40-60% ПАВ, кремнеземистого компонента, цемента и пластификатора, перемешивания смеси и ввода оставшейся части ПАВ с последующим перемешиванием смеси до полной поризации. Причем в качестве ПАВ используют сульфонат-порошок или лаурилсульфат натрия в количестве 0,8-2,0% от массы цемента, а в качестве пластификатора в смеситель вводят С-3 в количестве 0,2-0,4% от массы цемента [1].
Недостатком известного способа является слабое воздухововлечение при производстве изделий из ячеистого бетона, неоднородность пористой структуры получаемого материала, длительное время перемешивания и введения компонентов бетонной смеси, а также повышенный расход ПАВ.
Наиболее близким является способ получения ячеистого бетона, включающий приготовление пены, перемешивание ее со смесью вяжущего, наполнителя и раствора добавок. Согласно прототипу смесь готовят путем механохимической активации вяжущего и наполнителя в течение 120-600 с с последующим их перемешиванием в течение 30-120 с с раствором добавок, причем в качестве наполнителя используют аморфный кремнезем фракции 0,01-1,0 мм в количестве 25-60%, а пену с полученной смесью перемешивают в течение 20-60 с [2].
Недостатком известного способа является многостадийность, энерго- и трудоемкость изготовления пенобетонной смеси, нестабильность характеристик получаемого теплоизоляционного пенобетона плотностью менее 350 кг/м3, а также повышенный расход пенообразователя (ПО).
Техническая задача заключается в получении теплоизоляционного ячеистого бетона плотностью менее 350 кг/м3 с качественной пористой структурой, низкими плотностью, теплопроводностью и усадочными деформациями без снижения его прочности, а также в упрощении технологии его изготовления и снижении расхода пенообразователя.
Поставленная задача решается таким образом, что в способе получения ячеистого бетона, включающем перемешивание пены с цементом и кремнеземистым компонентом - песком - в смесителе до полной поризации смеси согласно предлагаемому решению сначала в смеситель подают воду в количестве, соответствующем В/Т=0,5-0,65, песок и синтетический анионактивный пенообразователь в количестве 0,08-0,1% от массы твердых компонентов и перемешивают компоненты в течение 1,5-2,3 минут, затем вводят цемент и перемешивают компоненты до полной поризации смеси, при этом твердые компоненты вводят в следующих количественных соотношениях, мас.%:
песок - 30-35;
цемент - 65-70.
Вариантом реализации предлагаемого способа является приготовление пенобетонной смеси путем перемешивания пены, кремнеземистого компонента и цемента до полной поризации смеси, в котором согласно предлагаемому решению сначала в смеситель подают воду в количестве, соответствующем В/Т=0,6-0,75, в качестве кремнеземистого компонента вводят перлит мелкой фракции и синтетический анионактивный пенообразователь в количестве 0,08-0,1% от массы твердых компонентов смеси, перемешивают компоненты в течение 1,5-2,3 минут, затем вводят цемент и после этого осуществляют перемешивание до полной поризации смеси, при этом твердые компоненты вводят в следующих количественных соотношениях, мас.%:
перлит - 1-3;
цемент - 97-99.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ получения теплоизоляционного ячеистого бетона отличается от известного тем, что сначала в смеситель подают воду, кремнеземистый компонент (перлит мелкой фракции или песок) и дополнительно вводят синтетический анионактивный пенообразователь в количестве 0,08-0,1% от массы твердых компонентов смеси, перемешивают компоненты в течение 1,5-2,3 минут, затем вводят цемент и после этого осуществляют перемешивание до полной поризации смеси. При этом авторами предложены количественные соотношения твердых компонентов. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».
Применение вышеуказанных веществ в заявляемых количествах и изменение последовательности их ввода в смеситель позволяет снизить плотность, усадочные деформации, теплопроводность ячеистобетонных изделий и получить теплоизоляционный материал с достаточной прочностью и качественной пористой структурой; уменьшить расход пенообразователя, а также существенно сократить время и упростить технологию изготовления пенобетонной смеси.
Известно, что при изготовлении пенобетона синтетические анионактивные пенообразователи выполняют функции порообразователя: они снижают поверхностное натяжение на границе раздела фаз газ - жидкость, что приводит к образованию пузырьков воздуха и получению пены, которая затем минерализуется.
При реализации данного способа авторами было впервые установлено, что при взаимодействии с кремнеземистым компонентом синтетический анионактивный пенообразователь проявляет свойства гидрофобизатора.
При перемешивании воды, кремнеземистого компонента и пенообразователя, взятых в заявляемых количествах, в смесителе происходит адсорбция молекул ПО на поверхности кремнеземистого компонента. Это позволяет стабилизировать равномерное закрепление частиц компонента в пенобетонной структуре, повысить ее однородность и создать каркас, препятствующий снижению прочности и увеличению усадочных деформаций при уменьшении плотности, а следовательно, и теплопроводности изготавливаемого теплоизоляционного пенобетона, которое достигается за счет более эффективного воздухововлечения на первом этапе перемешивания раствора пенообразователя с кремнеземистым компонентом. При этом увеличивается выход пеноцементной массы из смесителя, что позволяет уменьшить количество применяемого пенообразователя, который при соблюдении предлагаемой последовательности ввода компонентов дополнительно гидрофобизирует кремнеземистый компонент, и отказаться от использования специальных пластифицирующих добавок. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «изобретательский уровень».
Предлагаемый способ отличается от известного последовательностью ввода в смеситель компонентов ячеистобетонной смеси, их составом, количественным соотношением и использованием синтетических анионактивных пенообразователей в качестве гидрофобизатора кремнеземистого компонента; уменьшением количества операций и режимов, меньшим расходом пенообразователя на 1 м3 изделий из ячеистого бетона; возможностью получения при реализации предлагаемого способа материала с однородной пористой структурой, более низкой плотностью, теплопроводностью и усадочными деформациями без снижения прочности. Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Для приготовления ячеистобетонной смеси использовали портланд- и шлакопортландцементы общестроительного назначения, кремнеземистые компоненты - кварцевый песок с модулем крупности 1-1,5 и перлит мелкой фракции с размером частиц от 0,05 до 0,5 мм, синтетические анионактивные пенообразователи - «Пеностром» и «Морпен», последние использовались также в качестве гидрофобизатора для кремнеземистого компонента.
В смеситель сначала подавали воду в количестве, соответствующем 100% от общего объема воды, и кремнеземистый компонент совместно с пенообразователем в заявляемом количестве и перемешивали 1,5-2,3 мин, после этого вводили цемент и перемешивали до полной поризации смеси в течение 1-1,5 мин.
Для экспериментальной проверки заявляемого способа получения теплоизоляционного ячеистого бетона были подготовлены 9 смесей с песком в качестве кремнеземистого компонента и 9 смесей с перлитом, по три на каждое водотвердое отношение.
В примере №1 для изготовления смеси по предлагаемому способу в смеситель подавали воду в количестве, соответствующем водотвердому отношению 0,6, кварцевый песок с модулем крупности 1-1,5 совместно с синтетическим анионактивным пенообразователем, например, «Пеностром» в количестве 0,1% от массы твердых компонентов смеси и перемешивали в течение 2,3 мин, после чего вводили портландцемент ПЦ 500-Д0 и перемешивали еще 1,5 мин до полной поризации смеси. Количество цемента и кремнеземистого компонента составляет 65 и 35% соответственно от общей массы твердых компонентов смеси.
| Таблица 1 Способ изготовления пенобетона (известный прототип) | |||||||||
| №№ п/п | Характеристика состава | Время перемешивания, мин | Физико-механические показатели | ||||||
| Цемент, % | Известь, % | Песок, % | Сухой смеси | Смеси с раствором | Всей массы | Плотность, кг/м3 | Прочность, МПа | Коэффициент теплопроводности, Вт/м2К | |
| 1 | 40 | 35 | 25 | 10 | 2 | 0,33 | 300 | 0,986 | 0,08 |
| 2 | 40 | - | 60 | 2 | 05 | 1 | 800 | 4,93 | 0,17 |
| 3 | 35 | - | 65 | 1,8 | 0,4 | 0,91 | 1000 | 4,93 | 0,3 |
| 4 | 40 | 20 | 20 | 10,08 | 2,08 | 0,4 | 400 | 0,986 | 0,1 |
| Таблица 2 Предлагаемый способ изготовления пенобетона | |||||||||||
| №№ п/п | Характеристика состава | Режим приготовления | Физико-механические показатели | ||||||||
| В/Т | Пенообразователь, % от твердых компонентов | Кремнеземистый компонент, % | Цемент, % | Продолжительность перемешивания воды, пенообразователя и кремнеземистого компонента, мин | Продолжительность перемешивания смеси с цементом, мин | Плотность, кг/м3 | Прочность, МПа | Коэффициент теплопроводности Вт/м2·°С | Морозостойкость, цикл | Усадочные деформации, мм/м | |
| Кремнеземистый компонент - песок | |||||||||||
| 1 | 0,65 | 0,1 | 35 | 65 | 2,3 | 1 | 222 | 0,26 | 0,056 | >25 | 0,27 |
| 2 | 0,65 | 0,1 | 30 | 70 | 1,5 | 1 | 209 | 0,269 | 0,053 | >25 | 0,17 |
| 3 | 0,65 | 0,08 | 35 | 65 | 2 | 1 | 220 | 0,26 | 0,056 | >25 | 0,25 |
| 4 | 0,55 | 0,1 | 35 | 65 | 2,3 | 1,5 | 312 | 0,419 | 0,078 | >25 | 0,1 |
| 5 | 0,55 | 0,1 | 30 | 70 | 1,5 | 1,5 | 300 | 0,377 | 0,072 | >25 | 0,12 |
| 6 | 0,55 | 0,08 | 35 | 65 | 2 | 1,5 | 315 | 0,423 | 0,079 | >25 | 0,11 |
| 7 | 0,5 | 0,1 | 35 | 65 | 2,3 | 1,5 | 344 | 0,513 | 0,084 | >25 | 0,07 |
| 8 | 0,5 | 0,1 | 30 | 70 | 1,5 | 1,5 | 343 | 0,509 | 0,084 | >25 | 0,09 |
| 9 | 0,5 | 0,08 | 35 | 65 | 2 | 1,5 | 350 | 0,515 | 0,087 | >25 | 0,07 |
| Кремнеземистый компонент - перлит | |||||||||||
| 10 | 0,6 | 0,1 | 1 | 99 | 1,5 | 1 | 275 | 0,258 | 0,056 | >25 | 0,15 |
| 11 | 0,6 | 0,1 | 1 | 99 | 1,5 | 1 | 280 | 0,26 | 0,056 | >25 | 0,12 |
| 12 | 0,6 | 0,08 | 1 | 99 | 1,5 | 1 | 300 | 0,287 | 0,067 | >25 | 0,13 |
| 13 | 0,7 | 0,1 | 3 | 97 | 2,3 | 1,5 | 310 | 0,305 | 0,068 | >25 | 0,1 |
| 14 | 0,7 | 0,1 | 3 | 97 | 2,3 | 1,5 | 342 | 0,343 | 0,076 | >25 | 0,08 |
| 15 | 0,7 | 0,08 | 3 | 97 | 2,3 | 1,5 | 346 | 0,361 | 0,078 | >25 | 0,08 |
| 16 | 0,75 | 0,1 | 3 | 97 | 2 | 1,5 | 348 | 0,349 | 0,078 | >25 | 0,09 |
| 17 | 0,75 | 0,1 | 3 | 97 | 2 | 1,5 | 350 | 0,351 | 0,079 | >25 | 0,06 |
| 18 | 0,75 | 0,08 | 3 | 97 | 2 | 1,5 | 349 | 0,367 | 0,079 | >25 | 0,08 |
Аналогичным образом изготавливались составы с другими значениями параметров из выбранных диапазонов на пенообразователе «Пеностром»; в примерах №2, 4, 8, 11, 14 и 16 в качестве синтетического анионактивного пенообразователя был использован пенообразователь «Морпен».
Характеристики составов, режимы их приготовления и физикотехнические свойства получаемых теплоизоляционных ячеистых бетонов приведены в табл.2. Свойства материалов, изготовленных по предлагаемому способу, определяли в соответствии с требованиями следующих нормативных документов: ГОСТ 25485-89, ГОСТ 10180-90, ГОСТ 12730.1-78, ГОСТ 7076-99. Полученные значения показателей сравнивали с приведенными в табл.1 характеристиками материала, получаемого при реализации известного способа изготовления пенобетона.
Как видно из таблицы, предлагаемый способ обеспечивает получение теплоизоляционного ячеистого бетона неавтоклавного твердения с высокими физико-техническими свойствами.
Таким образом, использование заявляемого изобретения позволяет:
- получить теплоизоляционный ячеистый бетон плотностью 200-350 кг/м3 с низкими усадочными деформациями, без снижения прочности при использовании кремнеземистого компонента в количестве до 50% от массы цемента;
- уменьшить расход пенообразователя для изготовления теплоизоляционных ячеистых бетонов;
- использовать для гидрофобизации кремнеземистого компонента предложенные пенообразователи;
- улучшить воздухововлечение в пеноцементной смеси;
- улучшить структуру цементной матрицы в теле пенобетона за счет более равномерного распределения пор и частиц кремнеземистого компонента;
- улучшить теплоизоляционные свойства пенобетона за счет более равномерного распределения пор по всему объему материала;
- повысить стойкость пенобетонной массы в начальный период времени;
- существенно упростить технологию и сократить время изготовления пенобетонной смеси;
- увеличить объем выпуска пенобетона за счет увеличения объема выхода пенобетонной смеси без дополнительных затрат энергии и оборудования.
Источники информации.
1. Патент РФ №2078749, кл. С 04 В 40/00. БИ №13, 1997.
2. Патент РФ №2133722, кл. 6 С 04 В38/10, 40/00. БИ №21, 1999.
1. Способ получения теплоизоляционного ячеистого бетона, включающий перемешивание пены с цементом и кремнеземистым компонентом - песком - в смесителе до полной поризации смеси, отличающийся тем, что сначала в смеситель подают воду в количестве, соответствующем В/Т=0,5÷0,65, песок и вводят синтетический анионактивный пенообразователь в количестве 0,08-0,1% от массы твердых компонентов, перемешивают компоненты в течение 1,5-2,3 мин, затем вводят цемент и после этого перемешивают компоненты до полной поризации смеси, при этом твердые компоненты вводят в следующих количественных соотношениях, мас.%:
| Песок | 30-35 |
| Цемент | 65-70 |
2. Способ получения теплоизоляционного ячеистого бетона, включающий перемешивание в смесителе пены, кремнеземистого компонента и цемента до полной поризации смеси, отличающийся тем, что сначала в смеситель подают воду в количестве, соответствующем В/Т=0,6÷0,75, в качестве кремнеземистого компонента вводят перлит мелкой фракции и синтетический анионактивный пенообразователь в количестве 0,08-0,1% от массы твердых компонентов смеси, перемешивают компоненты в течение 1,5-2,3 мин, затем вводят цемент и после этого осуществляют перемешивание до полной поризации смеси, при этом твердые компоненты вводят в следующих количественных соотношениях, мас.%:
| Перлит | 1-3 |
| Цемент | 97-99 |
