Сырьевая смесь для изготовления ячеистого бетона неавтоклавного твердения для строительных изделий и строительное изделие

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления звуко- и теплоизоляционных блоков для внутренних работ в гражданских и промышленных зданиях. Сырьевая смесь для изготовления ячеистого бетона неавтоклавного твердения содержит, мас.%: минеральное вяжущее - 40-45, дробленое теплоизоляционное и/или звукоизоляционное пеностекло с размером 3,0-20,0 мм - 14-20, кальцинированная сода - 0,75-1,0, алюминиевая пудра - 0,07-0,1, вода - остальное. Строительное изделие в виде звуко- и теплоизоляционных блоков, панелей на основе ячеистого бетона неавтоклавного твердения изготовлено из указанной выше сырьевой смеси. Технический результат - расширение арсенала технических средств для производства изделий из ячеистого бетона неавтоклавного твердения с низкой плотностью, тепло- и звукопроводностью с увеличенными прочностными показателями при сжатии, способных найти применение для внутренних работ в гражданских и промышленных зданиях, при этом значительно упрощается процесс производства изделий и снижаются энергозатраты. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления звуко- и теплоизоляционных блоков для внутренних работ в гражданских и промышленных зданиях.

Известна сырьевая смесь для изготовления ячеистого бетона неавтоклавного твердения, включающая, мас.%: минеральное вяжущее - 26, кварцевый песок - 32, алюминиевую пудру - 0,08, добавку, содержащую кальцинированную соду и карбонат щелочного металла - 0,208, вода - остальное и изделия из этой смеси, например, строительные блоки [Авторское свидетельство СССР №715533, кл. С04В 15/02, 1978].

Получаемые из этой сырьевой смеси изделия имеют среднюю плотность 600-650 кг/м³ и теплопроводность 0,16...0,19 Вт/м·К, что требует увеличения затрат материалов на стадии изготовления и ухудшает технологические и эксплуатационные характеристики изделий из ячеистого бетона данного состава.

Наиболее близкой к предлагаемому решению является сырьевая смесь для изготовления ячеистого бетона неавтоклавного твердения, состоящая из, мас.%: минерального вяжущего (цемента) - 40-45, пеносиликатного песка, изготовленного из мартеновского шлака специального состава путем охлаждения в режиме термоудара, - 14-20, кальцинированной соды - 0,75-1,0, алюминиевой пудры - 0,07-0,1 и воды - остальное. Наиболее близкими к заявляемым изделиям являются изделия, получаемые из указанной смеси, например, строительные блоки. Получаемые из этой сырьевой смеси изделия имеют плотность 400...600 кг/м³ и теплопроводность 0,0736...0,0832 Вт/м·К [Патент РФ №2213716, кл. 7 С04В 38/02, 2002].

Недостатком прототипа является то, что при производстве пеносиликатного песка требуется создание специальных условий нагрева (восстановительная среда), плавления, охлаждения и обеспечения химического состава исходного шлака, а также большие затраты энергии, что существенно увеличивает себестоимость получаемых строительных изделий.

Предлагаемое изобретение решает задачу расширения арсенала технических средств для производства изделий из ячеистого бетона неавтоклавного твердения с низкой плотностью, тепло- и звукопроводностью с увеличенными прочностными показателями при сжатии, способных найти применение для внутренних работ в гражданских и промышленных зданиях, при этом значительно упрощается процесс производства изделий и снижаются энергозатраты. Использование отходов механической обработки и боя блоков пеностекол позволит существенно снизить себестоимость легких строительных материалов.

Технический результат достигается тем, что сырьевая смесь для изготовления ячеистого бетона неавтоклавного твердения, включающая минеральное вяжущее, алюминиевую пудру, кальцинированную соду и воду, согласно предлагаемому решению, содержит дробленое теплоизоляционное пеностекло, либо дробленое звукоизоляционное пеностекло, либо смесь этих пеностекол в любом соотношении, с размером зерен 3,0...20,0 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%: минеральное вяжущее - 40-45, дробленое пеностекло - 14-20, кальцинированная сода - 0,75-1,0, алюминиевая пудра - 0,07-0,1, вода - остальное.

Строительное изделие в виде звуко- и теплоизоляционных блоков, панелей на основе ячеистого бетона неавтоклавного твердения, отличается тем, что оно изготовлено из сырьевой смеси по п.1.

Сравнение состава сырьевой смеси с прототипом показывает, что предлагаемое решение отличается введением в сырьевую смесь дробленого пеностекла (теплоизоляционного, либо звукоизоляционного, либо их смеси). Введение данного дробленого пеностекла с определенным размером зерен в количестве, предлагаемом авторами, в сырьевую смесь позволяет решить задачу расширения арсенала технических средств для производства ячеистого бетона неавтоклавного твердения с низкой плотностью, тепло- и звукопроводностью с увеличенными прочностными показателями при сжатии. Таким образом, предлагаемое решение обладает критерием «новизна».

При изучении других технических решений, использование предложенного авторами введения в состав сырьевой смеси для изготовления ячеистого бетона неавтоклавного твердения дробленого пеностекла или аналогичных ему материалов не выявлено. Процессы, происходящие в зонах контакта частиц дробленого теплоизоляционного и звукоизоляционного пеностекол, имеющих пленочно-пористую структуру и чрезвычайно развитую поверхность из-за разрушенных внешних пор, активированную выгоревшими газообразователями на стадии производства пеностекол, с остальными компонентами сырьевой смеси ячеистого бетона неавтоклавного твердения при формовании и гидратации, в технической литературе не описаны. Полученные изделия (блоки и панели) из ячеистого бетона неавтоклавного твердения заявляемого состава имеют характеристики, которые не являются аддитивной суммой свойств исходных компонентов - дробленого пеностекла и ячеистого бетона неавтоклавного твердения, а существенно превосходят их, что свидетельствует о дополнительных процессах минералообразования с появлением аморфно-кристаллических образований в зонах контакта дробленого пеностекла с минеральным вяжущим, содой и др. компонентами ячеистого бетона неавтоклавного твердения. Таким образом, заявляемое решение не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «изобретательский уровень».

Характеристика компонентов смеси:

1. В качестве минерального вяжущего можно использовать портландцемент, либо молотый шлак, либо смесь этих вяжущих в любом соотношении. В конкретном примере в качестве минерального вяжущего использован цемент ПЦ 400 ДО по ГОСТ 310.4-95.

2. Кальцинированная техническая сода по ГОСТ 5100.

3. Алюминиевая пудра марки ПАП-2 по ГОСТ 2067.

4. Дробленое теплоизоляционное пеностекло (порообразователь - сажа) и звукоизоляционное пеностекло (порообразователь - мел), фракция с размером зерен от 3,0 до 20,0 мм, полученная путем дробления и отсева пеностекла по ТУ 5914-003-02066339-98 "Материалы и изделия строительные теплоизоляционные", произведеного в БГТУ им. В.Г.Шухова (г.Белгород). Насыпная плотность дробленого теплоизоляционного пеностекла фракции от 3,0 до 20,0 мм составляет 170...200 кг/м³, звукоизоляционного - 260...280 кг/м³ в зависимости от пористости. Химический состав пеностекол, мас.%: SiO₂ - 71,5...78,4; Al₂O₃ - 2,1...2,9; Fe₂O₃ - 0,1...0,4; CaO - 7,5...8,9; MgO - 0,8...2,1; K₂O+Na₂O - 10,2-15,8; SO₃ - 0,2...0,8. Для приготовления дробленого продукта можно использовать обрезки и бой блоков пеностекла.

Анализируя результаты физико-механических испытаний серии экспериментальных образцов, можно сделать вывод, что по способности формировать пористую структуру изделий из ячеистого бетона неавтоклавного твердения размер зерен дробленого пеностекла должен составлять 3,0...20,0 мм. Получение, подготовку и активацию сырьевой смеси, заливку ее в формы, подрезку горбушки, выдержку и распалубку изделий из ячеистого бетона неавтоклавного твердения производят аналогично с патентом РФ №2213716, кл. 7 С04В 38/02, 2002.

Пример. Загрузили в работающий активатор-смеситель компоненты сырьевой смеси в следующей последовательности: 36,07 кг (36,07% по отношению к общей массе сырьевой смеси, см. табл.) воды, 0,85 кг (0,85 мас.%) кальцинированной соды, 43 кг (43 мас.%) цемента, 18 кг (18 мас.%) дробленого теплоизоляционного пеностекла с размером зерен 3,0...20,0 мм (см. табл., смесь 1). Процесс активации-смешивания вели до образования суспензии с однородным распределением компонентов. Водно-алюминиевую суспензию (2 кг воды и 0,08 кг алюминиевой пудры - соответственно 2% и 0,08%) загрузили в активатор за 50 секунд до момента выгрузки смеси. Полученный раствор вылили в формы. Через 2 часа подрезали горбушку и через 12 часов произвели распалубку изделий в виде блоков, аналогично смеси по патенту РФ №2213716, кл. 7 С04В 38/02, 2002. Полученные изделия испытывали на прочность, определялась плотность, теплопроводность и акустические характеристики. Результаты испытаний приведены в таблице (смесь 1).

Сырьевая смесь 2 приготовлена аналогичным образом с использованием дробленого звукоизоляционного пеностекла с размером зерен 3,0...20,0 мм и насыпной плотностью 265 кг/м³ (табл.). При приготовлении сырьевой смеси 3 использована смесь дробленых пеностекол (теплоизоляционного и звукоизоляционного) с насыпной плотностью 223 кг/м³. Из указанных смесей изготавливали панели. Смеси 4 и 5 готовили аналогичным образом с использованием дробленых теплоизоляционных стекол. Известный состав массы 6 изготавливали согласно прототипу с использованием пеносиликатного песка, полученного из мартеновского шлака состава, мас.%: SiO₂ - 21,5; Al₂O₃ - 2,9; FeO - 14,4; CaO - 37,5; MgO - 12,1; K₂O+Na₂O - 0,4; SO₃ - 0,08 (Патент РФ №2213716, кл. 7 С04В 38/02, 2002).

Анализ полученных физико-механических характеристик изделий ячеистого бетона неавтоклавного твердения показывает следующее.

1. Введение в состав сырьевой смеси дробленого пеностекла в заявляемых количествах и размером зерен 3,0...20,0 мм позволяет получать изделия из ячеистого бетона неавтоклавного твердения с высокими тепло- и звукоизолирующими характеристиками и достаточной прочностью, позволяющей использовать их для внутренних работ в гражданских и промышленных зданиях (смеси 1-5).

2. Уменьшать в сырьевой смеси количество дробленого пеностекла с размером зерен 3,0...20,0 мм, менее 14 мас.% нецелесообразно, т.к. получаемые материалы из ячеистого бетона неавтоклавного твердения по комплексным техническим характеристикам обладают невысоким качеством, а получаемые свойства не соответствуют поставленной задаче данного изобретения, поэтому состав 4 принят как граничный.

Состав и свойства изделий, приготовленных из ячеистого бетона неавтоклавного твердения

Таблица
№ смеси	Компоненты, мас.%	Физико-механические свойства
	Цемент	Кальцинированная сода	Дробленое пеностекло с размером зерен 3,0...20,0 мм	Алюминиевая пудра	Вода	Плотность, кг/м3	Теплопроводность, Вт/м·К	Реверберационный коэффициент звукопоглощения	Прочность при сжатии, МПа
Теплоизоляционное	Звукоизоляционное
1	43	0,85	18	-	0,08	38,07	452	0,051	0,62	0,86
2	43	0,85	-	18	0,08	38,07	478	0,060	0,69	0,92
3	43	0,85	9	9	0,08	38,07	471	0,055	0,67	0,89
4	45	0,75	14	-	0,07	40,18	561	0,069	0,58	1,18
5	40	1,0	20	-	0,1	38,9	384	0,046	0,65	0,68
6 (прототип)	43	0,85	18 (песок пеносиликатный)	0,08	38,07	500	0,078	0,43	0,74

Увеличение в сырьевой смеси количества дробленого пеностекла с размером зерен 3,0...20,0 мм свыше 20 мас.% нецелесообразно, т.к. происходит падение прочности получаемых материалов из ячеистого бетона неавтоклавного твердения за счет уменьшения доли минерального вяжущего. По этой причине, несмотря на то, что тепло- и звукоизоляционные характеристики изделий имеют высокие значения, состав 5 принят как граничный.

Заявляемая сырьевая смесь для изготовления изделий из ячеистого бетона неавтоклавного твердения по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества:

1) теплопроводность силикатных стеновых материалов, полученных из смесей 1-3, снижена на 10-17%; коэффициент звукопоглощения при этом увеличивается с 0,43 до 0,62...0,69;

2) полученные материалы из ячеистого бетона неавтоклавного твердения имеют однородную поризованную структуру с минимальными объемными дефектами, включают в своем составе экологически чистый высокопористый неорганический компонент.

Физико-химическая сущность технического решения достижения задачи заключается в следующем: дробленое пеностекло с размером частиц 3,0...20,0 мм, благодаря своей низкой насыпной плотности от 170...200 кг/м³ (теплоизоляционное) до 260...280 кг/м³ (звукоизоляционное) и, занимая определенный объем сырьевой массы, формирует пористую структуру материала в целом, которая определяет физико-механические свойства получаемых изделий.

Размер дробленых частиц пеностекла выбран исходя из анализа результатов экспериментальных данных: частицы именно такого размера имеют развитую внешнюю поверхность, позволяющую обеспечивать прочное сцепление в массиве ячеистого бетона и ядро с неразрушенными порами, которые являются носителями основных тепло-, либо звукоизоляционных свойств пеностекольного материала. В результате гидратации цемента в присутствии сырьевых компонентов ячеистого бетона неавтоклавного твердения и дробленого пеностекла на границах контакта вяжущего с поверхностью пеностекла регистрируется повышенное содержание микрокремнезема, кристаллов гидросиликатов и гидроалюминатов кальция различной степени насыщения (доказано микроскопическими, петрографическими и рентгенофазовыми исследованиями). Указанные новообразования чрезвычайно сильно увеличивают эффекты тепло- и звукопоглощения в заявляемых материалах до величин, существенно превосходящих расчетные и прогнозируемые, полученные из анализа свойств исходных материалов. Обеспечение равномерной замкнутой пористости и упрочненной внутренней структуры в легких силикатных материалах также обусловливает существенное улучшение их физико-механических характеристик по сравнению с прототипом.

Звуковые и тепловые потоки, проходя по материалу переменной плотности и структуры и отражаясь от резонирующих полифактурных поверхностей, меняют частоту, амплитуду, снижают свою интенсивность. Процессы гидратации ячеистого бетона, включающего пеносиликатный песок, полученный из мартеновского шлака (по прототипу), существенно отличаются от процессов гидратации ячеистых неавтоклавных бетонов заявляемого состава, особенно в зонах контакта «компоненты бетонной смеси - наполнитель», т.к. наполнители существенно отличаются по своему химическому составу, в частности, по содержанию оксидов кремния и кальция. Изделия из ячеистого бетона неавтоклавного твердения, изготовленные из сырьевой смеси заявляемого состава, имеют повышенные тепло- и звукоизоляционные характеристики. Обеспечение равномерной замкнутой и частично замкнутой пористости (за счет вводимого компонента) с упрочненной внутренней структурой изделий также обусловливает существенное улучшение механических характеристик по сравнению с прототипом.

Получаемые по заявляемому способу тепло- и звукоизоляционные строительные материалы обладают хорошими декоративными характеристиками, не имеют трещин. Использование заявляемой сырьевой смеси для производства силикатных стеновых материалов позволит улучшить экологическую обстановку жилищ за счет применения экологически чистого тепло- и звукоизолирующего компонента.

1. Сырьевая смесь для изготовления ячеистого бетона неавтоклавного твердения, включающая минеральное вяжущее, алюминиевую пудру, кальцинированную соду и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит дробленое теплоизоляционное пеностекло, либо дробленое звукоизоляционное пеностекло, либо смесь этих пеностекол в любом соотношении с размером зерен 3,0-20,0 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Минеральное вяжущее	40-45
Указанное дробленое пеностекло	14-20
Кальцинированная сода	0,75-1,0
Алюминиевая пудра	0,07-0,1
Вода	Остальное

2. Строительное изделие в виде звуко- и теплоизоляционных блоков, панелей на основе ячеистого бетона неавтоклавного твердения, отличающееся тем, что оно изготовлено из сырьевой смеси по п.1.