Легкий ячеистый бетон
Владельцы патента RU 2298539:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский государственный индустриальный университет (RU)
Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для получения теплоизоляционно-конструкционных и теплоизоляционных материалов при изготовлении элементов зданий и сооружений в промышленном и гражданском строительстве. Техническим результатом является получение теплоизоляционных материалов со средней плотностью от 300 до 700 кг/м3 и прочностью от 0,15 МПа до 4 МПа. Легкий ячеистый бетон, включающий бесцементное вяжущее, наполнитель, пенообразователь, стабилизатор пены и воду, содержит в качестве бесцементного вяжущего продукт совместного помола до удельной поверхности 600-750 м2/кг смеси, мас.%: высококальциевая зола-унос 60-80, отработанный формовочный песок литейного производства, прошедший магнитную обработку по отделению пригарков, с содержанием кремнезема выше 90%, 10-30 и продукт высокоглиноземистый с содержанием оксида алюминия выше 80% - отход абразивного производства 5-10, а в качестве наполнителя - кислую золу сухого отбора от сжигания каменного угля, в качестве пенообразователя - пенообразователь "ПБ-2000", в качестве стабилизатора пены - жидкое натриевое стекло, и дополнительно - суперпластификатор С-3, при этом указанные вяжущее и наполнитель предварительно подвергнуты совместной механохимической активации на стержневой мельнице, при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанное бесцементное вяжущее 28,4-32,1, указанная кислая зола 28,4-32,1, суперпластификатор С-3 0,17-0,19, жидкое натриевое стекло 0,16-0,2, пенообразователь "ПБ-2000" 0,16-0,2, вода 35,29-42,63. 2 табл.
Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к теплоизоляционным материалам из отходов промышленности.
Известен легкий бетон [патент РФ №2140890, заяв. 14.05.1996, кл. С04В 38/02], включающий золу каменноугольную, золу высококальциевую, гипс, известь, алюминиевую пудру, отличающийся тем, что в качестве вяжущего используют отходы производства минеральной ваты - корольки, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| зола каменноугольная | 33,3-40 |
| зола высококальциевая | 10-17 |
| известь | 8-12 |
| гипс | 1-3 |
| корольки | 6,3-11,3 |
| алюминиевая пудра | 0,07-0,09 |
| вода | остальное |
Недостатками известного бетона является использование природных ресурсов (известь), а в качестве газообразующей добавки - дорогостоящей алюминиевой пудры и технологически сложное получение газобетона (неконтролируемый процесс вспучивания газобетона).
Наиболее близким из аналогов является пенобетон [патент РФ №2228314, заяв. 06.08.2002, кл. С04В 38/10 и С04В 28/26], включающий жидкое натриевое стекло, кремнеземистый компонент, пенообразователь, отвердитель - кремнефтористый натрий и воду, содержит жидкое натриевое стекло из микрокремнезема с силикатным модулем от 2 до 4 и плотностью 1,35-1,45 г/см3, в качестве кремнеземистого компонента - микрокремнезем, в качестве пенообразователя - пенообразователь "Морпен" и дополнительно золу-унос при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| указанное жидкое стекло | 63,41-69,04 |
| микрокремнезем | 19,02-20,71 |
| пенообразователь "Морпен" | 0,04-0,27 |
| кремнефтористый натрий | 6,34-6,90 |
| зола-унос | 1,90-2,07 |
| вода | 1,24-9,06 |
Недостатками данного пенобетона является использование жидкого стекла в больших количествах, что приводит к значительному удорожанию пенобетона, применение канцерогенного составляющего (кремнефтористый натрий), пагубно воздействующего на организм человека.
Задачей предлагаемого изобретения является создание легкого бесцементного ячеистого бетона на основе компонентов, прошедших механохимическую активацию, что способствует стабилизации структуры бетона и повышает его прочность, а также решение проблем использования отходов производства (в данном случае ТЭС).
Сущность изобретения заключается в том, что легкий ячеистый бетон содержит: бесцементное вяжущее (продукт совместного помола до удельной поверхности 600-750 м2/кг смеси, мас.%: высококальциевая зола-унос 60-80, отработанный формовочный песок литейного производства, прошедший магнитную обработку по отделению пригарков, с содержанием кремнезема выше 90%, 10-30 и продукт высокоглиноземистый с содержанием оксида алюминия выше 80% - отход абразивного производства 5-10 [патент РФ №2196749, заявлено 17.05.2000, кл. С04В 7/28]), наполнитель - кислая зола сухого отбора от сжигания каменного угля (вводится как кремнеземо-глиноземистый компонент), в качестве пенообразователя - пенообразователь на основе анионактивных поверхностно-активных веществ типа "ПБ-2000", а также добавку для уменьшения водопотребности смеси в виде суперпластификатора С-3 и жидкое натриевое стекло, как стабилизатор пены, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| указанное бесцементное вяжущее | 28,4-32,1 |
| указанная кислая зола | 28,4-32,1 |
| суперпластификатор С-3 | 0,17-0,19 |
| жидкое натриевое стекло | 0,16-0,2 |
| пенообразователь "ПБ-2000" | 0,16-0,2 |
| вода | 35,29-42,63 |
Введение в качестве наполнителя кислой золы сухого отбора от сжигания каменного угля обеспечивает связывание свободного оксида кальция в бесцементном вяжущем, выполняя роль пуццоланической составляющей. В химическом составе этой золы преобладают SiO2 - 58,72% и Al2О3 - 25,48%.
По сравнению с газобетоном упрощается схема производства, а во втором случае ликвидируется канцерогенная составляющая, что обеспечивает экологическую чистоту производства получаемого материала. Предложенный состав обеспечивает решение экологических проблем за счет утилизации промышленных отходов и рационального использования природных ресурсов.
Предварительно вяжущее и наполнитель подвергаются совместной механохимической активации в стержневой мельнице, что приводит к повышению реакционной способности составляющих и облегчает последующую поризацию в турбулентном смесителе, по результатам экспериментов отмечается прирост прочности на 30%. Обработку вяжущего и наполнителя в стержневой мельнице эффективно производить в течении 5-7 мин, что дает на выходе смесь с удельной поверхностью 650-700 м /кг.
Приготовление смеси эффективно осуществлять в турбулентном смесителе, который дает равномерное распределение пор одного размера по объему бетона. Оптимальное время поризации 5-6 мин, уменьшение продолжительности поризации не обеспечивает необходимую степень поризации легкого бетона, а увеличение - ощутимого эффекта не дает и увеличивает энергозатраты.
Первоначально в турбулентный смеситель подается вода, добавка С-3, после этого засыпаются порошкообразные материалы, а затем добавляются "ПБ-2000" и жидкое натриевое стекло.
Изменение В/Т отношения позволяет получать бетоны с разной средней плотностью и с различной прочностью (см. табл.1).
Пример. Для приготовления легкого бетона предварительно производили совместный помол вяжущего и наполнителя в стержневой мельнице. За счет этого в процессе измельчения происходит механохимическая активация составляющих. Затем полученную смесь вместе с пенообразователем "ПБ-2000", суперпластификатором С-3, жидким натриевым стеклом и водой, перемешивают в турбулентном смесителе.
| Таблица 1 | |||||||||
| Результаты испытаний | |||||||||
| № | Вещественный состав бетона, | % по массе | Масса, г | Прочность на сжатие, МПа | |||||
| вяжущее* | зола-унос | C-3 | ПБ-2000 | жидкое стекло | вода | ||||
| вл | сух | ||||||||
| 1 | 32,1 | 32,1 | 0,19 | 0,16 | 0,16 | 35,29 | 850 | 700 | 3,9 |
| 2 | 31,1 | 31,1 | 0,19 | 0,16 | 0,16 | 37,29 | 770 | 640 | 2,2 |
| 3 | 30,1 | 30,1 | 0,18 | 0,18 | 0,18 | 39,26 | 690 | 560 | 1,8 |
| 4 | 29,3 | 29,3 | 0,18 | 0,18 | 0,18 | 40,86 | 530 | 400 | 0,6 |
| 5 | 28,4 | 28,4 | 0,17 | 0,2 | 0,2 | 42,63 | 390 | 290 | 0,15 |
| Таблица 2 | |||||||||
| *Вещественный состав вяжущего, % по массе | |||||||||
| № | высококальциевая формовочная зола-унос | Отработанный песок литейного производства | продукт высокоглиноземистый | Удельная поверхность вяжущего, м2/кг | |||||
| 1 | 70 | 25 | 5 | 720 | |||||
| 2 | 60 | 30 | 10 | 715 | |||||
| 3 | 75 | 15 | 10 | 718 | |||||
| 4 | 80 | 15 | 5 | 725 | |||||
| 5 | 80 | 13 | 7 | 717 |
Легкий ячеистый бетон, включающий бесцементное вяжущее, наполнитель, пенообразователь, стабилизатор пены и воду, отличающийся тем, что он содержит в качестве бесцементного вяжущего продукт совместного помола до удельной поверхности 600-750 м2/кг смеси, мас.%: высококальциевая зола-унос 60-80, отработанный формовочный песок литейного производства, прошедший магнитную обработку по отделению пригарков, с содержанием кремнезема выше 90% 10-30 и продукт высокоглиноземистый с содержанием оксида алюминия выше 80% - отход абразивного производства 5-10, а в качестве наполнителя - кислую золу сухого отбора от сжигания каменного угля, в качестве пенообразователя - пенообразователь "ПБ-2000", в качестве стабилизатора пены - жидкое натриевое стекло, и дополнительно - суперпластификатор С-3, при этом указанные вяжущее и наполнитель предварительно подвергнуты совместной механохимической активации на стержневой мельнице при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Указанное бесцементное вяжущее | 28,4-32,1 |
| Указанная кислая зола | 28,4-32,1 |
| Суперпластификатор С-3 | 0,17-0,19 |
| Жидкое натриевое стекло | 0,16-0,2 |
| Пенообразователь "ПБ-2000" | 0,16-0,2 |
