Сырьевая смесь и способ изготовления изделий из пенобетона

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при производстве изделий из пенобетона. Технический результат изобретения состоит в снижении энергоемкости за счет использования отходов пиления вулканического туфа, уменьшении теплопроводности бетона, расширении сырьевой базы, снижении усадочных деформаций и повышении прочности и трещиностойкости ячеистого бетона. Сырьевая смесь содержит, мас.%: цемент 16,1-34,9; туфовый песок с содержанием фракций, мас.%: менее 0,63 мм 70-85, 0,63-1,25 мм 15-30 32,2-34,9;клееканифольный пенообразователь 1,25-1,32; синтетическое волокно капроновое 0,9; негашеная известь 0-16,1; строительный гипс 0-0,9; вода - остальное. Способ изготовления пенобетонных изделий из сырьевой смеси включает перемешивание цемента, извести, гипса и туфового песка фракции менее 0,63 мм с водой, добавление синтетического капронового волокна и пены и их перемешивание, затем добавление туфового песка фракции 0,63-1,25 мм и перемешивание всех компонентов до получения смеси заданной плотности, формование полученной массы, выдержку, пропаривание и обработку горячим воздухом в течение 3-4 ч. 2 н.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при производстве изделий из пенобетона.

В настоящее время в качестве заполнителей для производства ячеистых бетонов используется в основном кварцевый песок, что не всегда обеспечивает получение материала заданной плотности и прочности при допустимых расходах цемента, и их применение, как правило, предусматривает необходимость дополнительного помола [1].

Наиболее близким является сырьевая смесь для приготовления ячеистого бетона, содержащая, мас.%: портландцемент 9,3-19,5; кремнеземистый компонент - тонкодисперсную керамику 37,2-39,1; пенообразователь - клееканифольную эмульсию 0,3-0,47; добавку - синтетические волокна (капроновые) 0,93-1,0; известь 9,8-18,6; строительный гипс и воду [2].

Одним из материалов, являющихся эффективной заменой кварцевого песка и других кремнеземистых компонентов, может быть туфовый песок - вулканическая горная порода, ранее не использовавшаяся в технологии пенобетона. Использование для ячеистых бетонов дешевых материалов из отходов и рыхлых разновидностей вулканического происхождения позволяет решить и другую важную проблему - охрану окружающей среды и восполнить имеющийся огромный дефицит заполнителей для легких бетонов. Пористые природные заполнители вулканического происхождения являются легкими, имеют хорошее сцепление с цементным камнем, пылевидная часть химически активна в отношении цементов, а пористые разности, кроме того, способны создавать в бетоне эффект самовакуумирования.

Целью изобретения является снижение энергоемкости за счет использования отходов пиления вулканического туфа, уменьшение теплопроводности бетона, расширение сырьевой базы, а также снижение усадочных деформаций и повышение прочности и трещиностойкости ячеистого бетона в результате применения предлагаемого способа изготовления изделий из пенобетона.

Сырьевая смесь для изготовления ячеистого бетона содержит портландцемент, негашеную известь, строительный гипс, отходы пиления вулканического туфа, синтетические волокна, воду и в качестве порообразователя - клееканифольный пенообразователь.

Портландцемент применялся М 400 Пикалевского завода.

Известь воздушная кальциевая порошкообразная Угловского известкового комбината соответствовала требованиям ГОСТ 9179-77.

Гипс полуводный марки Г-5 нормальнотвердеющий, среднего помола соответствовал требованиям ГОСТ 125-79.

Химический состав отходов пиления вулканического туфа представлен в таблице 1. Максимальный размер зерен отходов пиления вулканического туфа составлял 1,25 мм.

Таблица 1
Содержание основных компонентов в % от массы
SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	TiO	Na2O+K2O	SO3	п.п.п.
73,1	13,75	1,75	1,65	1,12	0,23	3,87	0,12	2,0

Фибровая арматура изготавливалась из отходов промышленных капроновых нитей, образующихся при производстве канатов на АО «Нева». Диаметр элементарного волокна составлял 0,02 мм.

Пенообразователи - клееканифольный, составляющий с водой соотношение 1:5 и имеющий кратность 20.

Изготовление ячеистобетонных образцов из сырьевой смеси включает следующие операции: приготовление ячеистобетонной смеси, формование и тепловлажностную обработку.

Приготовление смеси осуществляют в смесителе периодического действия. По обычной (традиционной) технологии первоначально перемешивают цемент, известь, гипс и отходы пиления вулканического туфа - туфового песка с водой до получения однородной массы, затем добавляют синтетические волокна и пену, после чего перемешивание всех компонентов продолжают до получения смеси заданной плотности. По этому способу предусматривается одностадийное введение заполнителя (табл.2).

Наиболее близким к предлагаемому способу изготовления изделий из пенобетона является способ, включающий перемешивание вяжущего вещества - портландцемента, заполнителя - граншлака и воды до получения однородной массы, добавление армирующего синтетического волокна, клееканифольного пенообразователя до получения смеси заданной плотности, причем заполнитель используется в виде мелкой и крупной фракций при их соотношении 1:(4-10) [3].

Предлагаемый способ приготовления пенотуфобетонной смеси предусматривает пофракционное введение заполнителя. Для этого отходы пиления вулканического туфа с наибольшим диаметром зерен 1,25 мм рассеиваются на две фракции: крупную с диаметром зерен более 0,63 мм и мелкую с диаметром зерен менее 0,63 мм. Процентное содержание каждой фракции в исходном туфовом песке составляло соответственно 19 и 81% по массе. На первом этапе приготавливалась пенобетонная смесь с использованием мелкой фракции туфового песка. Затем в эту массу добавлялась остальная часть заполнителя. При этом крупные зерна заполнителя равномерно распределяются в объеме ранее приготовленной фибропенотуфобетонной смеси, поглощают из цементного раствора избыточную воду, происходит самовакуумирование смеси, снижающее ее пластичность. Это замедляет капиллярный переток жидкости в пене, что способствует повышению устойчивости пенобетонной массы. При дальнейшем твердении заполнитель отдает воду и поддерживает благоприятные условия твердения цементного раствора. В результате такого взаимодействия цементного раствора и пористого заполнителя происходит образование контактной зоны из цементного камня повышенной плотности. Установлено, что применение такого приема позволяет снизить водотвердое отношение с одновременным увеличением прочности фибропенотуфобетона. При обычном (одностадийном) способе введения заполнителя снижение водосодержания отрицательно влияет на прочность материала. Следует отметить, что, помимо повышения прочности, в результате снижения водосодержания смеси уменьшаются усадочные деформации при высыхании.

Образцы размером 4×4×16 см формуют литьевым способом.

Тепловую обработку образцов, приготовленных по одностадийной технологии, осуществляют после предварительной выдержки в течение 16 ч при t=20±2°С в пропарочной камере при t=80°С по режиму 2+6 + естественное остывание (табл.2).

С целью снижения влажности изделий, усадки при высыхании и повышения прочности предложен следующий способ тепловой обработки. В течение 2 часов осуществляется подъем температуры до 80°С, изотермическая выдержка при этой температуре в течение 6-8 ч. Затем подача пара прекращается и дальнейшая тепловая обработка проходит в среде подаваемого горячего воздуха, что приводит к удалению влаги. В результате часть влаги удаляется из пенобетона еще в процессе тепловой обработки (в процессе обработки горячим воздухом) и, чем длительнее этот процесс, тем меньше остаточная влажность и усадка.

Перед испытаниями образцы высушивают до постоянной массы при t=105°С в сушильном шкафу.

Составы исходных сырьевых смесей пенобетона согласно изобретению и их основные физико-механические свойства при одностадийном приготовлении пенобетонной смеси и тепловлажностной обработке образцов без сухого прогрева приведены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что даже при большей плотности пенотуфобетона предлагаемый состав имеет большую прочность на сжатие по сравнению с пенобетоном на кварцевом песке. Использование армирующего синтетического волокна в пенотуфобетоне повышает прочность на растяжение при изгибе исходной матрицы в 4 раза и более. Использование негашеной извести и гипса в качестве возбудителя скрытой гидравлической активности туфового песка позволяет уменьшить расход цемента в 2 раза без снижения прочности пенобетона. Вместе с тем применение добавок приводит к снижению коэффициента размягчения пенотуфобетона с 0,84 до 0,45. Поэтому их можно использовать в перегородках при относительной влажности в помещениях не более 60% или в качестве теплоизоляции.

Составы исходных сырьевых смесей пенобетона согласно изобретению и результаты испытаний образцов, приготовленных по предлагаемому способу и прошедших тепловую обработку с применением сухого прогрева, приведены в таблице 3. Для дальнейших исследований был принят состав пенобетона без добавок негашеной извести и гипса. Составы проектировались с учетом получения материала со средней плотностью 500 кг/м³.

Данные, приведенные в таблице 3, показывают преимущества предлагаемых способа приготовления пенотуфобетонной смеси и способа тепловой обработки изделий из них. При одинаковой плотности пенотуфобетона прочность на сжатие повышается на 27,0%, остаточная влажность и усадка при высыхании снижаются соответственно в 2,4 и 2,05 раза.

Таблица 3
Составы	Соотношение компонентов в смеси, мас.%	Способ приготовления смеси	Способ тепловой обработки бетона	Показатели свойств бетона
цемент	туфовый песок	волокно	клееканифольный пенообразователь	вода	одностадийное введение заполнителя	пофракционное введение заполнителя	без сухого прогрева	с сухим прогревом, ч	остаточная влажность, %	усадка при высыхании, мм/м	прочность на растяжение при изгибе, МПа	прочность на сжатие, МПа
1	33,5	33,5	0,9	1,27	30,83	+	-	+	-	34	3,5	0,82	1,5
2	34,9	34,9	0,9	1,32	27,98	-	+	+	-	32	2,3	0,84	1,86
3	34,9	34,9	0,9	1,32	27,98	-	+	-	2	20	2,1	-	1,91
4	34,9	34,9	0,9	1,32	27,98	-	+	-	4	14	1,7	-	1,84
5	34,9	34,9	0,9	1,32	27,98	-	+	-	5	12	1,6	-	1,64

Источники информации

1. Горлов Ю.П., Меркин А.П., Устенко А.А. Технология теплоизоляционных материалов. М.: Стройиздат, 1980. - 399 с.

2. Авторское свидетельство СССР №1730082. МПК С04В 38/02. Сырьевая смесь для изготовления ячеистых бетонов. / Филиппов А.И., Каргин А.К., Лобанов И.А., Пухаренко Ю.В. // Б.И. №16, 30.04.92.

3. Патент РФ №2169719. МПК С04В 38/10. Сырьевая смесь для изготовления ячеистого бетона. / Пухаренко Ю.В. // 27.06.2001.

1. Сырьевая смесь для изготовления пенобетона, включающая цемент, кремнеземистый компонент, клееканифольный пенообразователь, синтетическое волокно капроновое, негашеную известь, строительный гипс и воду, отличающаяся тем, что она содержит в качестве кремнеземистого компонента отход пиления вулканического туфа - туфовый песок с содержанием фракций, мас.%: менее 0,63 мм 70-85, 0,63-1,25 мм 15-30 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цемент	16,1-34,9
Указанный туфовый песок	32,2-34,9
Клееканифольный пенообразователь	1,25-1,32
Синтетическое волокно капроновое	0,9
Негашеная известь	0-16,1
Строительный гипс	0-0,9
Вода	Остальное

2. Способ изготовления пенобетонных изделий из сырьевой смеси по п.1, включающий перемешивание цемента, извести, гипса и туфового песка фракции менее 0,63 мм с водой, добавление синтетического капронового волокна и пены и их перемешивание, затем добавление туфового песка фракции 0,63-1,25 мм и перемешивание всех компонентов до получения смеси заданной плотности, формование полученной массы, выдержку, пропаривание и обработку горячим воздухом в течение 3-4 ч.