Способ получения сухой строительной смеси для производства пенобетона и смесь, полученная этим способом
Изобретения относятся к промышленности строительных материалов, в частности к производству пенобетона. В способе получения сухой строительной смеси для производства пенобетона, включающем смешивание сухого минерального вяжущего, сухого мелкого минерального заполнителя, сульфата металла и белковой протеинсодержащей добавки, используют мелкий минеральный заполнитель фракции от 0 до 0,315 мм, а протеинсодержащую добавку - в виде 30% коллоидного раствора протеинсодержащего концентрата в воде, при следующем соотношении компонентов, мас.%: минеральное вяжущее 41-58, указанный мелкий заполнитель 26-48, указанная протеинсодержащая добавка 9-15, сульфат металла 1-2. Сухая строительная смесь для производства пенобетона получена указанным выше способом. Технический результат - упрощение технологии, повышение прочностных характеристик, увеличение срока хранения. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.
Известны многочисленные сухие строительные смеси, включающие минеральное вяжущее вещество, обычно портландцемент или строительный гипс, мелкий заполнитель и добавки, придающие составу специальные свойства, например повышенную пластичность, повышенную адгезию к покрываемой поверхности и т.п. Главными достоинствами этих смесей являются гарантированный вещественный состав, обеспечивающий стабильность технических характеристик, удобство и удешевление транспортировки (поскольку в таких смесях отсутствует вода и они расфасованы в мешки). Важным свойством таких смесей является возможность длительного, до 3 месяцев хранения. При использовании сухих смесей исключается необходимость применения в месте их использования дозаторов и ряда других вспомогательных механизмов, обеспечивающих точность дозировок при раздельном использовании компонентов. Это, в свою очередь, позволяет снизить энергоемкость строительного процесса.
Известна сухая строительная смесь (Патент РФ 2233255, С04В 28/30, "Сухая строительная смесь"). Смеси по этому изобретению предназначены преимущественно для изготовления покрытий полов, а также могут быть использованы для изготовления покрытий стен, потолков, фасадов, кровель, металлических и деревянных конструкций, штучных строительных изделий. Недостатком указанной смеси является невозможность вспенивания при смешивании с водой.
Известна сухая строительная смесь (Патент №2182137, С04В 28/02, С04В 111/20). Изобретение относится к составу строительных растворов, бетона, искусственных камней или аналогичных материалов, содержащих неорганические вяжущие или реакционный продукт из неорганических или из органических вяжущих, а конкретно касается сухой строительной смеси и способа ее получения. Технический результат - увеличение долговечности, морозостойкости и качества сухой поверхности бетона или раствора из сухой строительной смеси, содержащей цемент, песок, добавку-пластификатор, последний представляет собой механоактивированный измельчением при ускорении от 10 до 20 g до уменьшения межфазовой энергии суперпластификатор С-3 при следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент 17-40; песок 60-83; указанный суперпластификатор С-3 0,5-2 мас.% от массы цемента. Сухая строительная смесь помимо добавки суперпластификатора может дополнительно содержать противоморозную добавку в количестве от 0,5 до 5 мас.% от массы цемента. Кроме того, помимо вышеуказанных добавок сухая строительная смесь может содержать также уплотняющую добавку в количестве от 0,5 до 2 мас.% от массы цемента. Кроме того, сухая строительная смесь помимо вышеуказанных добавок может содержать также дисперсно-армирующую добавку в количестве от 0,5 до 2 мас.% от массы цемента. Кроме того, сухая строительная смесь может помимо вышеуказанных добавок содержать также красящую добавку в количестве от 0,5 до 15 мас.% от массы цемента. В способе получения сухой строительной смеси, заключающемся в том, что смешивают песок, цемент, добавку - пластификатор, пластификатор, представляющий собой суперпластификатор С-3, предварительно подвергают механоактивации путем его измельчения при ускорении от 10 до 20 g до уменьшения межфазовой энергии, после чего готовят цементный концентрат, смешивая заданную часть цемента с механоактивированным суперпластификатором С-3, а затем полученный цементный концентрат смешивают с песком и оставшейся частью цемента. В способе получения сухой строительной смеси предусмотрено также, что цементный концентрат готовят, смешивая заданную часть цемента с механоактивированным суперпластификатором С-3 и с, по меньшей мере, одной из следующих добавок: противоморозной, уплотняющей, дисперсно-армирующей, красящей.
Эта смесь также не имеет способности вспениваться при смешивании с водой.
Известна также смесь по патенту РФ №2259964, С04В 28/02.
Эта смесь содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: портландцемент 24,0-46,1, кварцевый песок 46,1-72,0, высокоглиноземистый бокситовый шлак 2,82-5,50, гипсовое вяжущее 0,72-1,38, суперпластификатор 0,23-0,46, сернокислый натрий 0,23-0,46. В качестве суперпластификатора может быть использован суперпластификатор С-3 на основе натриевой соли нафталинсульфокислоты с формальдегидом или АРОС-Ф на основе сульфированных ароматических отходов промышленности органического синтеза.
Технический результат - получение расширяющихся монтажных мелкозернистых бетонов на основе сухой цементно-песчаной смеси с повышенными характеристиками по прочности при сжатии в суточном и марочном возрастах, адгезионной прочности при обеспечении необходимых подвижности и жизнеспособности бетонной смеси, содержащей минеральное вяжущее вещество, мелкий заполнитель и органическую воздухововлекающую добавку в виде суперпластификатора С-3.
Ее недостатком является то, что она очень слабо вспенивается при смешивании ее с водой, вовлекая лишь незначительное количество воздуха в виде отдельных пузырьков.
Наиболее близким по решаемой задаче и достигаемому техническому эффекту является способ получения пенобетонной смеси по патенту РФ №2280628, С04В 38/10.
Способ состоит в том, что сухие цемент, известняковую муку, сухой белковый пенообразователь и стабилизатор - сульфат металла смешивают без воды. Сухая смесь может храниться более 1 года. При смешивании этой сухой смеси с водой в скоростном смесителе образуется пенобетонная смесь, которую затем используют для формования изделий. Это изобретение принято за прототип.
Технический эффект при использовании обсуждаемого изобретения заключается в том, что сухая строительная смесь приобретает способность вспениваться при смешивании с водой при сохранении высокой точности соотношения компонентов, сохранении технических характеристик, предусмотренных подбором вещественного состава смеси, и увеличении срока хранения до 1 года и более.
В соответствии с предлагаемым изобретением в способе получения сухой строительной смеси для производства пенобетона, включающем смешивание сухого минерального вяжущего, сухого мелкого минерального заполнителя, сульфата металла и белковой протеинсодержащей добавки, используют мелкий минеральный заполнитель фракции от 0 до 0,315 мм, а протеинсодержащую добавку - в виде 30% коллоидного раствора протеинсодержащего концентрата в воде, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
- минеральное вяжущее - 41-58,
- указанный мелкий заполнитель - 26-48,
- указанная протеинсодержащая добавка - 9-15,
- сульфат металла - 1-2.
Сухая строительная смесь для производства пенобетона получена указанным выше способом.
Коллоидный протеинсодержащий раствор получают варкой птичьего пера в растворе NaOH с последующей нейтрализацией серной или соляной кислоты. При этом протеин, представляющий собой цепной полипептид, расщепляется на короткие цепочки - олигопептиды, которые и образуют коллоидный раствор. (Далее по тексту 30-процентный коллоидный раствор олигопептидов именуется «протеинсодержащий концентрат»).
Особенностью полученной смеси является значительное увеличение ее агрегативной устойчивости, в результате чего она не комкуется и не изменяет своих технических характеристик в течение 12-16 месяцев. Входящая в состав коллоидного раствора вода в результате повышения агрегативной устойчивости смеси не отделяется в самостоятельную фазу, и смесь остается сухой при органолептическом определении (на ощупь). Смесь приготавливают, смешивая сначала цемент с жидким протеинсодержащим концентратом и сульфатом металла, а затем вводят мелкий заполнитель фракции 0-0,315 мм.
Достоинством и отличием от прототипа предлагаемой смеси и способа ее получения является исключение операции сушки белкового пенообразователя. При этом прочность полученного из такой смеси пенобетона выше, чем прочность бетона той же плотности по прототипу (табл.1).
| Таблица 1 Сравнительные характеристики пенобетонов |
||||||
| Свойства | Характеристики пенобетонов | |||||
| Марка по плотности, кг/м3 | 400 | 500 | 600 | 800 | 1000 | |
| Прочность при сжатии, МПа | по прототипу | 0,8 | 1,4 | 1,6 | 3,5 | - |
| предлагаемая | 1,5 | 2,4 | 3,8 | 5,9 | 7,9 |
При этом все достоинства сухих строительных смесей, перечисленные выше, полностью сохраняются.
Необходимо отметить, что при получении пенобетонных смесей при помощи раздельного дозирования компонентов используются дополнительные механизмы и устройства: пеногенератор, компрессор, дозаторы твердых компонентов смеси, склады вяжущих, заполнителей и добавок. В целом узел для приготовления пенобетонной смеси не транспортабелен, поэтому при необходимости транспортирования смеси для бетонирования удаленных на расстояние более 10 метров объектов пенобетонная смесь, представляющая сложную трехфазную жидкость, перекачивается с помощью насоса по шлангу и претерпевает значительные структурные изменения. В результате значительно, в 1,5 - 2,5 раза, увеличивается средняя плотность затвердевшего пенобетона, увеличивается усадка при твердении, а это приводит к растрескиванию пенобетона.
При использовании сухой пенобетонной смеси на бетонируемом объекте исключается необходимость применения дозаторов, пеногенератора, компрессора, складов твердых сыпучих компонентов. Нужен лишь один механизм - пенобетоносмеситель, который при необходимости легко передвигается и в горизонтальном, и в вертикальном направлении (при поэтажном бетонировании стяжек на перекрытиях зданий) с помощью традиционных транспортных средств, применяемых на стройке. Значительно упрощается и складирование затаренной в мешки сухой пенобетонной смеси.
Полученная при смешивании предлагаемой сухой смеси с водой пенобетонная смесь не требует транспортировки на значительные расстояния, поскольку пенобетоносмеситель можно установить в непосредственной близости от бетонируемого объекта. Свойства затвердевшего пенобетона при этом в точности соответствуют проектным.
Описанное может быть проиллюстрировано следующими примерами.
Пример 1. Состав смеси (мас.%):
- портландцемент ПЦ400 Д0
(ЦЕМ I 42,5Б ГОСТ 31108-2003) - 58,
- микрокремнезем - 26,0
- белковый протеинсодержащий концентрат - 14,0
- сульфат железа - 2.
Компоненты смешаны в смесителе и затарены в полиэтиленовый мешок.
Пример 2. Состав смеси (мас.%):
- портландцемент ПЦ500 Д20
(ЦЕМ II/В-Ш 42,5Н ГОСТ 31108-2003) - 55,0
- речной песок фракции менее 0,16 мм - 28,5,
- белковый протеинсодержащий концентрат - 15,0
- сульфат цинка - 1,5.
Компоненты смешаны в смесителе и затарены в полиэтиленовый мешок.
Пример 3. Состав смеси (мас.%):
- портландцемент ПЦ400 Д0
(ЦЕМ I 32,5Б ГОСТ 31108-2003)- 48,0,
- кварцевый песок фракции менее 0,16 мм - 39,0
- белковый протеинсодержащий концентрат - 12,0
- сульфат железа - 1,0
Компоненты смешаны в смесителе и затарены в полиэтиленовый мешок.
Пример 4. Состав смеси (мас.%):
- шлакопортландцемент ПЦ-400 Д0
(ЦЕМ III/A 32,5H ГОСТ 31108-2003) - 52,0
- вспученный вермикулит фракции 0,16-0,315 мм - 36,0,
- белковый протеинсодержащий концентрат - 10,0
- сульфат меди - 2.
Компоненты смешаны в смесителе и затарены в полиэтиленовый мешок.
Пример 5. Состав смеси (мас.%):
- пуццолановый цемент ПЦ-400 Д0
(ЦЕМ IV/A (П-З-МК) 32,5Н ГОСТ 31108-2003) - 57,0
- керамзитовый песок фракции 0,16-0,315 мм - 33,0
- белковый протеинсодержащий концентрат - 9,0
- сульфат железа - 1,0.
Компоненты смешаны в смесителе и затарены в полиэтиленовый мешок.
Пример 6. Состав смеси (мас.%):
- глиноземистый цемент ГЦ 500-41,
- шамотный песок фракции 0,16-0,315 мм - 48,
- белковый протеинсодержащий концентрат - 10,
- сульфат железа - 1.
Компоненты смешаны в смесителе и затарены в полиэтиленовый мешок.
Смеси хранили в неотапливаемом помещении. Для получения пенобетонной смеси необходимое количество сухой смеси помещали в скоростной смеситель, добавляли расчетное количество воды и перемешивали в течение 2-3 минут. После перемешивания определяли объем пенобетонной смеси и заливали смесь в формы. Испытания образцов проводили для пенобетона:
на портландцементах - через 28 суток,
на глиноземистом цементе - через 3 суток.
Первые испытания проводили через сутки после приготовления сухой смеси, повторные - через 6 и 8 месяцев.
Расчетное количество воды затворения и результаты испытаний приведены в таблице.
| Таблица Результаты испытаний пенобетонов, полученных из сухих пенобетонных смесей |
||||||
| № примера | Состав пенобетонной смеси, кг | Свойства затвердевшего пенобетона | ||||
| Время после приготовления сухой смеси | ||||||
| Сухая смесь | Вода | 1 сутки | 16 месяцев | |||
| Плотность, кг/м3 | Прочность при сжатии, МПа | Плотность, кг/м3 | Прочность при сжатии, МПа | |||
| 1 | 350 | 280 | 390 | 1,7 | 410 | 1,5 |
| 2 | 490 | 343 | 580 | 3,8 | 625 | 3,4 |
| 3 | 660 | 598 | 795 | 5,9 | 820 | 5,3 |
| 4 | 320 | 256 | 355 | 1,4 | 390 | 1,2 |
| 5 | 390 | 312 | 415 | 1,6 | 430 | 1,2 |
| 6 | 870 | 505 | 975 | 7,9 | 1050 | 7,3 |
Характеристики заполнителей, использованных в приведенных примерах, таковы.
Микрокремнезем МК-85 представляет собой отход ферросплавного производства Липецкого металлургического комбината. Состоит из частиц аморфного кремнезема SiO2, содержание которого составляет в нем 99,9 мас.%. Удельная поверхность 850 м2/м3. Насыпная плотность 500-600 кг/м3. Внешне представляет порошок светло-серого цвета. Влажность не превышает 0,3%.
Вспученный вермикулит фракции 0-0,315 мм по ГОСТ 12865-67(1988).
Речной песок фракции 0-0,16 мм содержит, мас.%: кварца - 91,5; гидрослюдистых частиц - 8,5.
Шамотный песок фракции 0,16-0,315 мм - дробленый шамотный кирпич, частный остаток на сите 016 после просева через стандартный набор сит для песка.
Кварцевый песок фракции менее 0,16 мм - кварц молотый пылевидный по ГОСТ 9077-82 имеет следующие характеристики:
- массовая доля железа металлического, % не более 0,25
- массовая доля окиси кремния, % не более 98,0
- массовая доля окиси железа, % не более 0,15
- массовая доля окиси алюминия, % не более 1,0
- массовая доля окиси кальция, % не более 0,15
- потери при прокаливании, % 0,1-0,2
- остаток на сите: 016 не более 1,0
1. Способ получения сухой строительной смеси для производства пенобетона, включающий смешивание сухого минерального вяжущего, сухого мелкого минерального заполнителя, сульфата металла и белковой протеинсодержащей добавки, отличающийся тем, что мелкий минеральный заполнитель используют фракции от 0 до 0,315 мм, а протеинсодержащую добавку в виде 30%-ного коллоидного раствора протеинсодержащего концентрата в воде при следующем соотношении компонентов, мас.%: минеральное вяжущее 41-58, указанный мелкий заполнитель 26-48, указанная протеинсодержащая добавка 9-15, сульфат металла 1-2.
2. Сухая строительная смесь для производства пенобетона, полученная способом по п.1.
