Ячеистобетонная смесь и способ ее приготовления

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления теплоизоляционных изделий с температурой применения 800-1000°С. Ячеистобетонная смесь содержит, мас.%: портландцемент 16-25, известь 6-10, каменноугольная зола 16-25, алюминиевая пудра 0,18-0,36, карбоксиметилцеллюлоза 0,17-0,25, алсульфат 0,18-0,28, жидкое стекло 0,45-0,6, хлористый кальций 0,2-0,4, трепел 4-5,5, поливинилацетатная дисперсия 8-10, вода остальное. В способе приготовления ячеистобетонной смеси, включающем перемешивание компонентов в турбулентном смесителе с одновременным введением в смесь сжатого воздуха с давлением 1-3 атм через микропористый материал, помещенный в зоне наибольшей турбулентности смеси, заливку смеси в форму, при приготовлении указанной выше смеси предварительно смесь портландцемента, извести, трепела и каменноугольной золы активируют на установке активации процессов, представляющей собой установленную под углом 30-35° с возможностью прохождения через зону активации смеси в течение 1,5-2 мин трубу, внутрь которой загружают измельчаемую смесь с ферромагнитными частицами-иголками и наводят мощное вращающееся электромагнитное поле, с домолом каменноугольной золы до удельной поверхности 4500-5000 см²/г, затем осуществляют указанное перемешивание в турбулентном смесителе полученной смеси, алкилсульфата, карбоксиметилцеллюлозы, поливинилацетатной дисперсии и воды в течение 3-5 мин с последующим введением алюминиевой пудры и хлористого кальция и дополнительным перемешиванием в течение 0,5 мин, а после указанной заливки смесь электропрогревают при температуре до 100°С в течение 1,5 часа. Техническим результатом является повышение прочности ячеистого бетона. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления теплоизоляционных изделий с температурой применения 800-1000°С.

Известен состав ячеистобетонной смеси (а.с. №594072, С04В 15/02), включающий вяжущее, тонкомолотый кремнеземистый компонент, газообразователь, анионоактивный пенообразователь и добавку при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Вяжущее	33-56
Газообразователь	0,2-0,3
Анионоактивный пенообразователь	0,15-0,3
Хлористый натрий	0,2-0,6
Гексаметафосфат натрия	0,01-0,03
Тонкомолотый кремнеземистый компонент	остальное

Данный состав имеет низкую прочность и, как следствие, высокую среднюю плотность.

Известен способ приготовления ячеистобетонной смеси (а.с. №1219575 от 23.03.86 г., бюл. №11, С04В 38/02), включающий перемешивание и поризацию компонентов в турбулентном смесителе, а после автоклавной обработки вначале перемешивают в течение 210-270 с портландцемент, известь, каменноугольную смолу, алкилсульфат, карбоксиметилцеллюлозу, бутадиенстирольный латекс, молотый мел, жидкое стекло и воду, а затем вводят алюминиевую пудру и хлористый кальций и осуществляют перемешивание смеси в течение 20-30 с.

В этом способе приготовления ячеистобетонной смеси перемешивание в турбулентном смесителе не обеспечивает однородности смеси, что приводит к образованию областей пониженной прочности и, соответственно, первичному разрыву при общем сравнительно низком уровне напряжений.

Наиболее близкой по техническому результату является ячеистобетонная смесь (а.с. №1219575, С04В 38/02), включающая портландцемент, известь, каменноугольную золу, алюминиевую пудру, алкилсульфат, карбоксилметилцеллюлозу, молотый мел, жидкое стекло, хлористый кальций, бутадиенстирольный латекс и воду.

Однако данная смесь требует автоклавной обработки изделий, что значительно увеличивает энергозатраты на производство.

Наиболее близким является способ приготовления поризованной строительной смеси (а.с. №485991, С04В 21/10) путем перемешивания твердых компонентов, воды и добавки пенообразователя в турбулентном смесителе в течение 1-2 мин до получения смеси однородной консистенции. Затем при работающем перемешивающем устройстве в смесь вводят сжатый воздух с давлением 1-3 атм. Перемешивание смеси продолжают в течение 2-4 мин до получения заданной степени ее поризации (средней плотности) и затем заливают готовую смесь в форму.

Недостатком данной технологии является невозможность получения материала с низкой средней плотностью, так как с повышением общей пористости изделия, полученного по такой технологии, нарушается ячеистая структура и резко ухудшаются свойства теплоизоляции, кроме того, пенобетон имеет превышающую нормативы влажность.

Задача предлагаемого изобретения - получить безавтоклавный быстротвердеющий ячеистый бетон с температурой применения 800-1000°С.

Поставленная задача достигается тем, что ячеистобетонная смесь, включающая портландцемент, известь, каменноугольную золу, алюминиевую пудру, алкилсульфат, карбоксилметилцеллюлозу, жидкое стекло, хлористый кальций и воду, дополнительно содержит трепел и поливинилацетатную дисперсию, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцмент	16-25
Известь	6-10
Каменноугольная зола	16-25
Алюминиевая пудра	0,18-0,36
Карбоксилметилцеллюлоза	0,17-0,25
Алкилсульфат	0,18-0,28
Жидкое стекло	0,45-0,6
Хлористый кальций	0,2-0,4
Трепел	4-5,5
Поливинилацетатная дисперсия	8-10
Вода	Остальное

Поставленная задача достигается тем, что способ приготовления ячеистобетонной смеси, включающий перемешивание компонентов в турбулентном смесителе с одновременным введением в смесь сжатого воздуха с давлением 1-3 атм через микропористый материал (ткань, пористая проницаемая керамика), помещенный в зоне наибольшей турбулентности смеси, заливку смеси в форму, а при приготовлении смеси, предварительно смесь портландцемента, извести, трепела и каменноугольной золы активируют на установке активации процессов, представляющей собой установленную под углом 30-35° с возможностью прохождения через зону активации смеси в течение 1,5-2 мин трубу, внутрь которой загружают измельчаемую смесь с ферромагнитными частицами-иголками и наводят мощное вращающееся электромагнитное поле, с домолом каменноугольной золы до удельной поверхности 4500-5000 см²/г, затем осуществляют указанное перемешивание в турбулентном смесителе полученной смеси, алкилсульфата, карбоксилметилцеллюлозы, поливинилацетатной дисперсии и воды в течение 3-5 мин с последующим введением алюминиевой пудры и хлористого кальция и дополнительным перемешиванием в течение 0,5 мин, а после указанной заливки смесь электропрогревают при температуре до 100°С в течение 1,5 часа.

Состав и физико-механические характеристики предложенной ячеистобетонной смеси приведены в таблице.

Для получения ячеистобетонной смеси предлагаемым способом готовят три смеси компонентов (составы 1, 2 и 3 приведены в таблице) из портландцемента, извести, каменноугольной золы с S=4500 см²/г, алюминиевой пудры, алкилсульфата (моющее средство «Прогресс»), карбоксилметилцеллюлозы, поливинилацетатной дисперсии, трепела S=20000 см²/г, жидкого стекла, хлористого кальция и воды. Одновременно готовят две смеси с запредельным содержанием добавок (составы 4 и 5) для подтверждения оптимальности составов смеси. Готовят также две смеси по известному способу (составы 6 и 7).

Способ приготовления ячеистобетонной смеси заключается в перемешивании портландцемента, извести, золы, алкилсульфата, карбоксилметилцеллюлозы, поливинилацететной дисперсии, трепела, жидкого стекла и воды в турбулентном смесителе типа С-868 в течение 3-5 мин с одновременной подачей воздуха с давлением 1-3 атм и поризации смеси до требуемого объема последующим введением алюминиевой пудры, хлористого кальция и окончательным перемешиванием в течение 0,5 мин.

Предварительно смесь из портландцемента, извести, трепела и каменноугольной золы активируют на установке активации процессов (УАП) (патент №2049562, МПК В03С 1/24), представляющей собой трубу, внутрь которой загружается измельченная смесь с иголками и наводится мощное вращающееся электромагнитное поле, которое взаимодействует с рабочими телами (иголками), сообщая им интенсивное движение с генерацией ряда эффектов, которые совмещаются с термическими, электромагнитными и механическими явлениями, возникающими при ударах иголок друг о друга, об измельчаемую смесь и о стенки трубы в рабочей зоне. Труба УАП установлена под углом 30-35° с таким расчетом, чтобы смесь проходила через зону активации в течение 1,5-2 мин. Из смеси формуют плиты размером 100X400X600 мм и электропрогревают при температуре до 100°С в течение 1,5 часа. Из плит выпиливают кубы 100X100X100 мм для определения характеристик ячеистого бетона.

Включение в ячеистобетонную смесь поливинилацетатной дисперсии при дозировке 15-20% к весу цемента увеличивает прочность при сжатии в 2-3 раза, а при растяжении или раскалывании в 3-4 раза, и повышает текучесть смеси. При такой дозировке также сохраняется сплошность цементного геля в структуре, полимер же заполняет мельчайшие поры и капилляры и обволакивает цементные сростки и частицы заполнителя.

Карбоксилметилцеллюлоза (КМЦ) предотвращает преждевременную коагуляцию поливинилацетатной дисперсии с цементом. Быстрая коагуляция вызывается в основном активностью Са⁺⁺ и несовместимостью разноименно заряженных частиц цемента и полимера. Обволакивая поверхность частиц полимера, КМЦ поддерживает его стабильность до начала схватывания цемента. Добавка КМЦ имеет настолько сильный структурирующий эффект в сочетании с добавкой поливинилацетатной дисперсии и пенообразующего алкилсульфата, что при дозировке 0,5% наибольшая пластическая вязкость увеличивается на один порядок - в 20-40 раз по сравнению с показателями для смеси с добавкой 10% ПВА. Смеси на золе и смешанном цементно-известковом вяжущем, содержащие 5-10% полимера и 0,1-0,2% КМЦ, имеют реологические характеристики, обуславливающие их высокую пеноспособность и газоудерживающую способность (устойчивость против усадки), и в то же время соответствуют наилучшим условиям формирования структуры материала и получения требуемой прочности.

Присутствие в предлагаемой смеси добавки трепела, обладающего высокой дисперсностью и адсорбционной способностью, заключающейся в усилении коллоидации и минерализации пузырьков пены, способствует ускорению поризации смеси, кроме того, трепел является активной минеральной добавкой, которая существенно повышает жаростойкие свойства портландцемента. Так образцы, содержащие добавки трепела 25% от массы цемента, после нагревания до 1000°С не снижают прочность как непосредственно после охлаждения, так и через 1-3 месяца хранения и даже после 3-х, 4-х кратного нагрева до 1000°С и охлаждения. Жаростойкость ячеистого бетона достигается вследствие изменения микроструктуры цементного камня и возникновения реакции в твердом состоянии в интервале температур 600-800°С между свободной окисью кальция и трепелом.

Предварительная обработка каменноугольной золы и трепела в УАП разрушает пленки на поверхности этих компонентов бетонной смеси и повышает их химическую активность. Одновременно каменноугольная зола домалывается до удельной поверхности 4500-5000 см²/г, что способствует усилению коллоидации и минерализации пузырьков пены.

В результате магнитострикционных эффектов (перемагничивания иголок, сопровождающиеся изменением линейных размеров, в результате чего каждая иголка на своем движении непрерывно излучает силовые импульсы большой разрушительной силы), большого числа столкновений иголок между собой прямыми и скользящими ударами, а также с активируемыми частицами (число столкновений на каждую иголку достигает 10³-10⁴ в секунду), кавитации, индукционных токов, микродуг (возникают на короткое время замкнутые цепи из иголок и других электропроводящих материалов. В таких цепях под воздействием внешнего поля индуцируются сильные токи, порождающие микродуги) и других факторов воздействия активируемые частицы весьма эффективно разрушаются. При этом на несколько порядков увеличивается поверхность взаимодействия и растет поверхностная энергия. Обозначенные выше эффекты приводят к нагреву измельчаемой смеси до 70-80°С и способствуют активации процессов и прямому переносу вещества, во много раз ускоряя ход различного рода химических реакций. Так прочность цемента после прохождения через УАП повышается на 38-45%.

Обработка сырьевых компонентов в УАП устраняет неоднородность ячеистобетонной смеси, проявляющейся в образовании областей повышенной и пониженной плотности, в которых начинается процесс разрушения, за счет чего происходит первичный разрыв и начинается магистральная трещина. УАП создает условия, при которых отдельные зерна смеси приобретают индивидуальные импульсы ускорения относительно других, менее подвижных стабильных зерен, двигаются между ними и ищут свое оптимальное местоположение, способствуя равномерному перемешиванию. Это повышает прочность ячеистого бетона в 1,5-2,0 раза.

Преимущество применения электропрогрева по сравнению с тепловлажностной обработкой в технологии теплоизоляционных изделий из ячеистобетонной смеси состоит в снижении влажности материала с 10,5-12,0% до 7,5-9,0%, энергопотребления и сроков изготовления изделий до 1,5-2 часов.

1. Ячеистобетонная смесь, включающая портландцемент, известь, каменноугольную золу, алюминиевую пудру, алкилсульфат, карбоксилметилцеллюлозу, жидкое стекло, хлористый кальций и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит трепел и поливинилацетатную дисперсию при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент	16-25
Известь	6-10
Каменноугольная зола	16-25
Алюминиевая пудра	0,18-0,36
Карбоксилметилцеллюлоза	0,17-0,25
Алкилсульфат	0,18-0,28
Жидкое стекло	0,45-0,6
Хлористый кальций	0,2-0,4
Трепел	4-5,5
Поливинилацетатная дисперсия	8-10
Вода	остальное

2. Способ приготовления ячеистобетонной смеси, включающий перемешивание компонентов в турбулентном смесителе с одновременным введением в смесь сжатого воздуха с давлением 1-3 атм через микропористый материал, помещенный в зоне наибольшей турбулентности смеси, заливку смеси в форму, отличающийся тем, что при приготовлении смеси по п.1 предварительно смесь портландцемента, извести, трепела и каменноугольной золы активируют на установке активации процессов, представляющей собой установленную под углом 30-35° с возможностью прохождения через зону активации смеси в течение 1,5-2 мин трубу, внутрь которой загружают измельчаемую смесь с ферромагнитными частицами - иголками и наводят мощное вращающееся электромагнитное поле с домолом каменноугольной золы до удельной поверхности 4500-5000 см²/г, затем осуществляют указанное перемешивание в турбулентном смесителе полученной смеси, алкилсульфата, карбоксиметилцеллюлозы, поливинилацетатной дисперсии и воды в течение 3-5 мин с последующим введением алюминиевой пудры и хлористого кальция и дополнительным перемешиванием в течение 0,5 мин, а после указанной заливки смесь электропрогревают при температуре до 100°С в течение 1,5 ч.