Способ подготовки древесного корозаполнителя для бетонов
Владельцы патента RU 2374196:
ФГОУ ВПО Новосибирский государственный аграрный университет (RU)
Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для подготовки древесного заполнителя. Технический результат - более полное использование коры деревьев и повышение прочности бетона. Способ подготовки древесного корозаполнителя для бетонов включает дробление коры до фракции 0,003-0,025 м, увлажнение до влажности 30-60%, опудривание гипсовым порошком, обработку пленкообразующей защитной полимерсиликатной композицией, состоящей из жидкого стекла и латекса при следующем соотношении компонентов, мас.%: жидкое стекло 88-92, латекс 12-8. 3 табл.
Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для подготовки древесного заполнителя при производстве легкого бетона, арболита или золошлакокоробетона.
Известны легкие бетоны с применением древесного заполнителя, называемые арболитом (Арболит / под ред. Г.А.Бужевича. - М., 1968. - С.3-12.; Арболит. Производство и применение / Сост. В.А.Арсенцев. - М., 1977. - С.3-14.; Справочник по производству и применению арболита / под ред. И.Х.Наназашвили. - М., 1987. - С.4-20). В соответствии с требованиями ГОСТ 19222-84 в древесной дробленке (заполнителе для бетона) не допускается содержание коры более 10% по массе сухой смеси заполнителя из-за наличия редуцирующих веществ и ее высокой реакционной способности по отношению к цементному вяжущему. Таким образом, кора практически не используется и идет в отвалы или сжигается, загрязняя атмосферу.
Известны способы подготовки древесного заполнителя в горячих растворах хлорида кальция (а.с. №1740346) или в водной суспензии дрожжей с ячменным суслом (а.с. №1456387), однако данные способы подготовки отличаются сложностью технологического цикла и многокомпонентностью пропитывающих составов. Кроме того, рекомендуемые растворы требуют длительного времени пропитки в течение многих часов или суток, а выделяемые из горячих пропиточных составов химические реагенты опасны для работающих на данном производстве. Получаемый при такой подготовке переувлажненный древесный заполнитель требует длительной сушки, т.е. больших временных и энергетических затрат.
Известен состав арболитовой сырьевой смеси по а.с. №1719343, содержащий кору, покрытую керосинобитумной эмульсией, однако получаемый по этому рецепту арболит отличается низкими показателями прочности (менее 3,0 МПа) при достаточно высоком расходе цемента (более 350 кг/м3).
В целях более полного применения коры деревьев, объем которой достигает 12-15% от общего объема перерабатываемой древесины, т.е. миллионы тонн, а также для повышения прочности бетона с древесным заполнителем при пониженном расходе минерального вяжущего древесный заполнитель - кора деревьев - подвергается следующим подготовительным операциям: дробление корозаполнителя до фракции 0,003-0,025 м с последующим увлажнением коры до влажности 30-60% (в зависимости от породы древесины) и обработки (опудривания) гипсом для кольматации пор и повышения адгезионной способности поверхности коры. После этого корозаполнитель покрывают полимерсиликатной защитной композицией из латекса и жидкого стекла в соотношении 88-92%:8-12%. Получаемый таким способом корозаполнитель характеризуется низкой насыпной плотностью (250-450 кг/м3), хорошей водостойкостью, нейтральной средой по отношению к цементному вяжущему и длительным сроком хранения. Полученные на основе корозаполнителя легкие бетоны отличаются пониженной плотностью (до 600-700 кг/м3), высокими теплозащитными свойствами (коэффициент теплопроводности менее 0,25-0,30 Вт/(м·°С) при минимальных расходах цемента (до 200 кг/м3) вместо 350-450 кг/м3 для обычного арболита.
Пример. Предварительно раздробленная кора фракции 3-20 мм, увлажненная до
30-60% опудривается гипсом, после чего подвергается обработке полимерсиликатным составом. Полученный органический корозаполнитель насыпной плотностью 280-340 кг/м3 дозируется в соответствии с рекомендуемой рецептурой и смешивается в течение 2-3 минут с золошлаковой смесью, цементом и водой для получения однородной массы, после чего полученная смесь укладывается в форму, уплотняется и твердеет в течение двух суток в форме, а затем без формы при нормальной температуре +18-20°С до набора 50-75% расчетной марочной прочности. Качество подготовки древесного сырья (коры) определяли по водородному показателю водного раствора с находящимися в нем гранулами. Результаты приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | |||||
| Изменение водородного показателя водной вытяжки защищенных образцов коры | |||||
| № п/п | Защитная композиция | Расход, кг/м3 | Водородный показатель, рН | ||
| Сосна | Осина | Береза | |||
| 1. | Без защиты | - | 3,2-3,7 | 3,9-4,1 | 3,8-4,2 |
| 2. | СФЖ-3066 | 0,3 | 4,1-4,4 | 4,4-4,7 | 4,2-5,1 |
| СФЖ-3066 | 0,4 | 4,7-5,0 | 4,8-5,2 | 4,7-5,1 | |
| 3. | Латекс | 0,3 | 3,9-4,2 | 4,1-4,8 | 4,5-5,0 |
| Латекс | 0,4 | 5,0-5,3 | 4,8-5,0 | 5,2-5,4 | |
| 4. | Жидкое стекло (ЖС) | 0,3 | 3,4-4,1 | 3,9-4,3 | 3,9-4,2 |
| Жидкое стекло (ЖС) | 0,4 | 4,0-4,5 | 4,3-4,8 | 4,3-4,6 | |
| Жидкое стекло (ЖС) | 0,5 | 5,2-6,1 | 5,2-5,6 | 5,3-5,7 | |
| Жидкое стекло (ЖС) | 0,6 | 6,1-6,2 | 6,0-6,4 | 5,7-6,5 | |
| 5. | Латекс + ЖС (5%) | 0,3 | 3,4-3,9 | 4,1-4,8 | 4,0-5,2 |
| Латекс + ЖС (7%) | 0,2 | 4,8-5,5 | 5,2-5,7 | 4,7-5,9 | |
| Латекс + ЖС (8%) | 0,2 | 6,3-6,5 | 6,2-6,5 | 6,0-6,4 | |
| Латекс + ЖС (10%) | 0,2 | 6,4-6,6 | 6,3-6,5 | 6,4-6,6 | |
| Латекс + ЖС (12%) | 0,2 | 6,4-6,6 | 6,5-6,6 | 6,3-6,5 | |
| Латекс + ЖС (13%) | 0,3 | 5,9-6,2 | 5,8-6,1 | 5,8-6,2 | |
| Латекс + ЖС (20%) | 0,4 | 5,6-6,0 | 5,8-6,0 | 5,9-6,1 |
Анализируя степень влияния защитных композиций на исключение прямого контакта сахаров коры с цементным камнем и отрицательным воздействием на формирование структуры бетона, можно сделать вывод о значительных материальных затратах, т.к. средний расход компонентов составляет от 30-40 кг до 100 и более кг/м3 заполнителя, что практически неприемлемо. Поэтому были проведены исследования по модифицированию латекса СКС-65ГП жидким стеклом с целью увеличения вязкости и создания условий по снижению пропитывающей способности латексом древесной коры.
Совмещение жидкого стекла с латексом при соотношениях от 1:1,2 до 1:0,4 приводит к расслоению композиции, разделению на фракции и получению составов, не обладающих защитной пленкообразующей способностью с очень большими сроками высыхания состава.
Введение жидкого стекла в латекс также сопровождается изменением свойств композиции, в первую очередь, резким увеличением вязкости системы. В интервале 8-12% расхода жидкого стекла в латексе отмечено равновесие композиции по вязкости (η=100-120 с по ВЗ-4) адгезии и укрывистости. Такой модифицированный латекс, обладая повышенной вязкостью, создает благоприятные условия по защите пористого минерального и органического заполнителя без излишнего расхода пленкообразующей композиции на пропитку и заполнение открытых пор.
Дальнейшее увеличение содержания жидкого стекла от 12 до 25% приводит к интенсивной коагуляции композиции, сопровождаемой повышением вязкости системы и приводящей к образованию пастообразного состава. В то же время для латексных композиций с добавкой 8-12% жидкого стекла отмечено формирование достаточно устойчивой прочной пленки, обладающей высокой адгезией к коре различных пород деревьев.
С учетом проведенных исследований была выявлена потребность предварительной кольматации пор и пустот, т.к. корозаполнитель обладает значительной открытой пористостью и водопоглощением от 60 до 200%. Уменьшение открытой пористости осуществляли минеральными порошками: золой, гипсом, цементом, глиной. Нанесение минеральных тонкодисперсных материалов производилось в барабанном бетоносмесителе путем обычного перемешивания в течение 60-120 с. Затем осуществлялось взвешивание образцов и производился расчет средней величины «прилипшего» порошка. При этом варьировалась влажность коры от абсолютно сухой до 60-90%.
В таблице 2 представлены оценочные результаты этих исследований для различных пород коры и средних значений влажности, а также адгезионной способности корозаполнителя при обработке минеральными порошками. При этом фиксировались не только показатели расхода минерального порошка (гипса) и полимерной композиции, но и учитывалась устойчивость защищенного (обработанного) корозаполнителя к истирающим воздействиям в бетоносмесителе.
| Таблица 2 | |||||
| Результаты обработки корозаполнителя минеральным порошком | |||||
| Вид коры | Средняя влажность коры, % | Адгезия корозаполнителя | |||
| Зола | Гипс | Цемент | Глина | ||
| 0 | Неуд. | Неуд. | Неуд. | Неуд. | |
| 10 | Удовл. | Хор. | Удовл. | Неуд. | |
| 30 | Удовл. | Отл. | Хор. | Удовл. | |
| 60 | Неуд. | Отл. | Хор. | Неуд. | |
| 90 | Неуд. | Удовл. | Удовл. | Неуд. | |
| Осина | 0 | Неуд. | Неуд. | Удовл. | Неуд. |
| 10 | Неуд. | Удовл. | Удовл. | Неуд. | |
| 30 | Неуд. | Хор. | Хор. | Неуд. | |
| 60 | Неуд. | Удовл. | Удовл. | Неуд. | |
| 0 | Неуд. | Неуд. | Удовл. | Удовл. | |
| 10 | Неуд. | Хор. | Удовл. | Неуд. | |
| 30 | Неуд. | Хор. | Удовл. | Неуд. | |
| 60 | Неуд. | Удовл. | Неуд. | Неуд. |
Из таблицы 2 следует, что лучшей удерживающей способностью минерального порошка обладает увлажненная кора: до 25-30% для осины и березы и до 30-60% - для сосны. Снижение влажности коры приводит к уменьшению удерживающей способности корой минерального порошка и, как следствие, распределение его в полимерном составе при нанесении защитной композиции. При этом следует отметить повышенный расход полимерной защитной композиции за счет активного проникновения в открытые поры коры, что экономически нецелесообразно. При доведении влажности коры березы и осины до 60% и более имеет место крайне низкая адгезия защитного состава из-за большой толщины слабо затвердевшего минерального порошка, что приводит к массовым дефектам покрытия.
Таким образом, дополнительным рациональным приемом подготовки корозаполнителя для золошлакобетона можно считать его обработку гипсом при предварительном увлажнении сосновой коры до 45±10% и березовой и осиновой коры - до 30±5%. Это обеспечивает снижение открытых пор при достаточно высоких значениях адгезии и минеральных расходах полимерной защитной композиции и отвечает технологическим требованиям корозаполнителя при его совмещении с золошлакобетонной смесью в барабане бетоносмесительной установки.
Состав и свойства золошлакокоробетона в производственных условиях представлен в таблице 3 (в кг на 1 м3)
| Таблица 3 | ||
| Составы и свойства производственных замесов ЗШКБ | ||
| Компоненты | Осиновая кора | Березовая кора |
| Портландцемент | 215-235 | 260-280 |
| Золошлаковая смесь | 370-395 | 410-460 |
| Корозаполнитель | 175-200 | 225-265 |
| Вода (Щ) | 1,4 | 1,5 |
| Пластификатор - подмыльный щелок | 1,5-1,8 | 1,9-2,5 |
| Свойства | Показатели | |
| Плотность, кг/м3 | 820 | 870 |
| Предел прочности при сжатии, МПа | 5,1 | 7,5 |
| То же, при изгибе, МПа | 1,0 | 1,4 |
| Теплопроводность, Вт/(м·°С) | 0,28 | 0,31 |
| Водостойкость | 0,87 | 0,90 |
| Водопоглощение, % | 8,9 | 7,8 |
| Морозостойкость, циклы | 25 | 25 |
Способ подготовки древесного корозаполнителя для бетонов, включающий дробление коры и обработку пленкообразующей композицией, отличающийся тем, что дробление корозаполнителя проводят до фракции 0,003-0,025 м, затем увлажняют до влажности 30-60%, опудривают гипсовым порошком, после чего обрабатывают защитной полимерсиликатной композицией, состоящей из жидкого стекла и латекса при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| жидкое стекло | 88-92 |
| латекс | 12-8 |
