Состав смеси для изготовления неавтоклавного газобетона
Владельцы патента RU 2276121:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет (RU)
Изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано при изготовлении изделий, применяемых для строительства и теплоизоляции жилых, административных и промышленных зданий и сооружений. Техническим результатом является упрощение состава газобетонной смеси, стабилизация процесса ее поризации, ускорение процессов гидратации цемента и формирование прочной структуры межпоровых перегородок, обеспечивающих получение неавтоклавного газобетона с низкой плотностью и повышенной прочностью. Состав смеси для изготовления неавтоклавного газобетона, включающий портландцемент, суспензию алюминиевой пудры, суспензию, полученную затворением полуводного гипса водой, водный раствор щелочи и воду, дополнительно содержит волокнистую добавку и смесь содержит в качестве водного раствора щелочи 30-40%-ный раствор гидрооксида натрия и суспензию, полученную затворением полуводного гипса водой в соотношении гипс : вода, равном 1:10, при следующем соотношении компонентов (мас.%): портландцемент 57-59, алюминиевая пудра 0,02-0,21, гидрооксид натрия 0,07-0,92, полуводный гипс 0,04-0,53, волокнистая добавка - 0,29, вода - 40-41. Изделия из неавтоклавного газобетона, изготовленные из указанной смеси в виде блоков, плит различного размера, можно использовать в качестве теплоизоляционных или теплоизоляционно-конструкционных материалов при строительстве различных объектов бытового и промышленного назначения. 1 табл.
Изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано при изготовлении изделий, применяемых для строительства и теплоизоляции жилых, административных и промышленных зданий и сооружений.
Известен состав сырьевой смеси для приготовления ячеистого бетона, позволяющий снизить среднюю плотность и теплопроводность, а также повысить биологическую стойкость ячеистого бетона. Данная смесь, включающая натриевое жидкое стекло (6,6-9,1 мас.%) и алюминиевую пудру (0,25-0,38 мас.%), дополнительно содержит едкую щелочь (4,2-5,4 мас.%), молотый керамзит (15,6-16,0 мас.%), полуводный сульфат кальция (3,3-4,5 мас.%), ацетон (0,1-0,5 мас.%) и молотое стекло. Основным недостатком данного изобретения является получение изделий из ячеистого бетона довольно высокой средней плотности и низкой прочности [Патент RU 2164504, кл.7 С 04 В 38/02, 2001].
Также известен состав сырьевой смеси для получения ячеистого бетона неавтоклавного твердения, включающий цемент, кремнеземистый компонент, ПАВ, пластификатор и воду. В данную смесь дополнительно вводят в качестве стабилизатора алюминат натрия, полиамидные волокна длиной 3-5 мм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Цемент | 43-90 |
| Кремнеземистый компонент | 5-45 |
| ПАВ | 1-2 |
| Алюминат натрия | 0,75-2,5 |
| Пластификатор | 0,5-1,5 |
| Указанные волокна | 2,75-6,0 |
| Вода до В/Т | 0,25-0,6 |
Основным недостатком данного состава ячеистобетонной смеси неавтоклавного твердения является то, что в смесь в качестве стабилизатора вводится предварительно синтезированный алюминат натрия. Существенной особенностью синтеза алюмината натрия является то, что в момент образования он находится в коллоидном, гелеобразном состоянии, из которого в течение короткого времени переходит в мелкокристаллическое состояние. Поэтому ввод его в состав газобетонной смеси в предварительно синтезированном виде не дает ожидаемого положительного эффекта при формировании микроструктуры и прочности межпоровых перегородок газобетона. Кроме того, при кристаллизации алюминат натрия связывает до шести молей воды и поэтому предварительно синтезированный алюминат натрия уже содержит эту воду и не связывает ее в составе газобетонной смеси при ее поризации. Стабилизация этого процесса по известному составу достигается за счет использования достаточно дефицитного суперпластификатора С-3 и сравнительно большого количества добавки полиамидных волокон [Патент RU 2226517, кл. 7 С 04 В 38/02, 2004].
Наиболее близким по сути к предлагаемому составу является состав смеси для изготовления неавтоклавного газобетона, включающий портландцемент, суспензию алюминиевой пудры, известковое молоко, полуводный гипс в виде суспензии в воде в соотношении 1:1,63-7, микрокремнезем, хлористый кальций, воду затворения при соотношении компонентов, мас.%:
| Портландцемент | 51-71, |
| Алюминиевая пудра | 0,01-0,15, |
| Известь | 0,04-0,7, |
| Полуводный гипс | 0,1-0,4, |
| Микрокремнезем | 0,6-3,5, |
| Хлористый кальций | 0,5-3, |
| Воду | Остальное |
[Патент RU 2209801, кл. 7 С 04 В 38/02, 2003]. Основным недостатком данного состава является следующее. Введение в состав газобетонной смеси известкового раствора не обеспечивает ускорение процесса поризации: начало процесса наступает не ранее 10 минут после смешения, необходимость повышенной температуры смеси - порядка 45-50°С, образование соединений, не способствующих повышению устойчивости смеси - гидроалюминатов кальция, которые также отрицательно влияют на прочность межпоровой перегородки и массива в целом.
Задачей настоящего изобретения является упрощение состава газобетонной смеси, стабилизация процесса ее поризации, ускорение процессов гидратации цемента и формирование прочной структуры межпоровых перегородок, обеспечивающих получение неавтоклавного газобетона с низкой плотностью и повышенной прочностью.
Поставленная задача достигается тем, что в состав газобетонной смеси, включающий портландцемент, газообразователь - алюминиевую пудру, волокнистую добавку и воду, дополнительно вводится водный раствор гидрооксида натрия и суспензия полуводного гипса при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Портландцемент | 57-59 |
| Алюминиевая пудра | 0,02-0,21 |
| Гидрооксид натрия | 0,07-0,92 |
| Полуводный гипс | 0,04-0,53 |
| Волокнистая добавка | 0,29 |
| Вода | 40-41,1 |
Пример. Для изготовления изделий из газобетонной смеси предлагаемого состава раздельно готовят смесь портландцемента, воды и волокнистой добавки из базальтового или полимерного волокна с диаметром волокон 3-10 мкм и длиной 3-7 мм, алюминиевую суспензию в водном растворе стеарата натрия, 30-40% раствор гидрооксида натрия и гипсовую суспензию, которую получают путем затворения формовочного или строительного гипса водой в соотношении гипс:вода=1:10. Для предотвращения схватывания гипсовую суспензию перемешивают в течение 20 минут.
Количество воды, необходимое для приготовления раствора гидрооксида натрия, алюминиевой и гипсовой суспензий, является частью общего количества воды, которое необходимо для приготовления газобетонной смеси.
Газобетонная смесь готовится в следующей последовательности. В непрерывно перемешиваемую с момента затворения смесь цемента, волокон и воды сначала добавляется раствор гидрооксида кальция, затем алюминиевая суспензия и в последнюю очередь вводится гипсовая суспензия. Каждый добавляемый компонент смеси интенсивно перемешивается после введения в газобетонную смесь в течение 30 секунд. Приготовленная газобетонная смесь заливается в предварительно подогретые до 35-40°С формы, в которых в процессе поризации смеси происходит формование изделий. После заливки смеси в формы их сверху укрывают плитами из легкого теплоизоляционного материала для сокращения потерь тепла, необходимого для стабилизации процесса поризации и протекания реакций гидратации цемента и твердения газобетонных изделий. Через 1,5-2 часа, когда изделия приобретают необходимую распалубочную прочность, их извлекают из форм и направляют на теплый склад или в пропарочные камеры для завершения процессов твердения.
Для получения газобетона по предлагаемому составу приготовлены смеси с различным содержанием компонентов. Данные по их составу и свойствам полученных материалов представлены в таблице. Результаты испытаний подтверждают возможность получения из предложенного состава смеси изделий из газобетона с широким диапазоном свойств по плотности и повышенной прочности.
К преимуществам предложенного состава газобетонной смеси можно отнести следующее: процесс поризации можно осуществлять при температурах 20-35°С; возможность получения газобетонных изделий с низкой плотностью и достаточно высокой прочностью; стабилизируется процесс поризации с образованием одинаковых сферических и полиэдрических пор размером 1-3 мм; образовавшаяся равномернопористая структура обеспечивает более высокую прочность и улучшает теплофизические свойства газобетонных изделий. Эти эффекты достигаются за счет введения в смесь таких компонентов, как гидрооксид натрия, волокнистые добавки и гипс.
Гидрооксид натрия в составе газобетонной смеси выступает в качестве интенсификатора процесса поризации смеси за счет более активного взаимодействия алюминиевой пудры с гидрооксидом натрия с образованием гидроалюмината натрия. Данное соединение образуется непосредственно в смеси в гелеобразной форме и со временем кристаллизуется в виде гексагональных кристаллов слоистой структуры в составе межпоровых перегородок. При кристаллизации гидроалюминат натрия связывает шесть молей воды и за счет этого количество свободной воды в газобетоне быстро уменьшается, а после окончания процесса газовыделения происходит быстрое схватывание смеси, в результате чего распалубочная прочность газобетона достигается за более короткое время по сравнению с прототипом. Переход гидроалюмината натрия из гелеобразного состояния в кристаллическое непосредственно в межпоровой перегородке способствует увеличению прочности как перегородки, так и всего изделия.
В присутствии гипса гидрооксид натрия взаимодействует с ним с частичным образованием сульфата натрия, который является ускорителем процессов гидратации и твердения цемента. Кроме этого, двуводный гипс, находясь в коллоидном состоянии, реагирует с образовавшимся гидроалюминатом натрия в гелеобразной форме, в результате чего образуется натрийсодержащий гидросульфоалюминат кальция, структура которого подобна моногидросульфоалюминату кальция. Образование данного соединения позволяет сформировать более плотную и прочную межпоровую перегородку. За счет образования всех вышеуказанных соединений интесифицируются процессы гидратации цемента, скорость гидратации цемента увеличивается в 1,2-1,4 раза, что способствует увеличению прочности газобетона.
Введение в газобетонную смесь полимерного дисперсно-армирующего волокна позволяет стабилизировать процесс поризации смеси за счет равномерного распределения волокна по всему объему смеси при образовании газовой фазы. Это волокно размещается в образующихся межпоровых перегородках и создает пространственный сетчатый каркас, не позволяющий смеси осесть в процессе вспучивания.
Кроме того, полимерные волокна, располагаясь в межпоровых перегородках, армируют их также за счет образования пространственной армирующей сетки и тем самым повышают прочность всего затвердевшего массива газобетона. При этом дисперсное волокно выполняет роль центров перекристаллизации первичных продуктов гидратации цемента.
Совместное присутствие указанных веществ в смеси предлагаемого состава обеспечивает стабильность процесса поризации и получение газобетонных изделий с прочностью 0,40 МПа при средней плотности 200 кг/м3 и 4,0-6,0 МПа - 800 кг/м3, которая превышает прочностные характеристики газобетонных изделий неавтоклавного способа твердения известных составов, а также указанных в ГОСТе 25485-89. Использование портландцемента более высокой марки, например марки М 500, дает дополнительное увеличение значений прочностных характеристик. Кроме этого, благодаря равномерной и однородной поровой структуре снижается теплопроводность изделий из смеси предлагаемого состава.
Использование в качестве твердой фазы газобетонной смеси практически одного портландцемента экономически целесообразно при изготовлении неавтоклавного газобетона, так как это позволяет значительно сократить сроки набора прочности изделиями за счет использования высокой гидравлической активности портландцемента и его способности генерировать высокодисперсные продукты гидратации, которые участвуют в формировании округлых замкнутых пор и прочных межпоровых перегородок.
Изделия из неавтоклавного газобетона, изготовленные из смеси предлагаемого состава в виде блоков, плит различного размера, можно использовать в качестве теплоизоляционных или теплоизоляционно-конструкционных материалов при строительстве различных объектов бытового и промышленного назначения.
| Таблица Состав смеси для изготовления неавтоклавного газобетона | ||||||
| Компоненты смеси и свойства полученного материала | Содержание компонентов (мас.%) и уровень свойств | |||||
| Предлагаемый состав | Прототип | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| Портландцемент (М 400) | 57,84 | 58,3 | 58,16 | 58,75 | 70 | 43 |
| Алюминиевая пудра | 0,21 | 0,1 | 0,05 | 0,02 | - | - |
| Сульфонат-порошок | - | - | - | - | 1,5 | 2,0 |
| Полуводный гипс | 0,53 | 0,31 | 0,16 | 0,04 | - | - |
| Гидрооксид натрия | 0,92 | 0,5 | 0,24 | 0,07 | - | - |
| Алюминат натрия | - | - | - | - | 0,75 | 2,5 |
| Пластификатор С-3 | - | - | - | - | 1,5 | 1,5 |
| Волокнистая добавка | 0,29 | 0,29 | 0,29 | 0,29 | 3,5 | 6,0 |
| Вода | 40,21 | 40,50 | 41,10 | 40,83 | 33,2 | 22,0 |
| Водо-твердое отношение | 0,65 | 0,65 | 0,65 | 0,65 | 0,36 | 0,25 |
| Объемная масса, кг/м3 | 200 | 300 | 500 | 800 | 250 | 1000 |
| Прочность при сжатии, МПа | 0,4 | 0,70 | 1,83 | 5,25 | 0,87 | 11,0 |
| Коэффициент теплопроводности, Вт/м·°С | 0,050 | 0,062 | 0,116-0,128 | 0,160-0,185 | - | - |
Состав смеси для изготовления неавтоклавного газобетона, включающий портландцемент, суспензию алюминиевой пудры, суспензию, полученную затворением полуводного гипса водой, водный раствор щелочи и воду, отличающийся тем, что он содержит суспензию, полученную затворением полуводного гипса водой в соотношении гипс:вода, равном 1:10, в качестве водного раствора щелочи - 30-40%-ный раствор гидрооксида натрия и дополнительно волокнистую добавку при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Портландцемент | 57-59 |
| Алюминиевая пудра | 0,02-0,21 |
| Гидрооксид натрия | 0,07-0,92 |
| Полуводный гипс | 0,04-0,53 |
| Волокнистая добавка | 0,29 |
| Вода | 40-41,1 |
