Сухая строительная смесь для приготовления ячеистого бетона
Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к приготовлению сухих смесей, и может быть использовано в строительстве - монолитном домостроении для изготовления легких, прочных и теплоизоляционных стеновых конструкций и изделий из материалов на ее основе, а также в дорожном строительстве. Сухая строительная смесь для приготовления ячеистого бетона на основе гипса содержит, мас.%: гипсовое вяжущее 60,0-95,0, модифицирующая добавка 4,99-37,0, пенообразователь и/или газообразователь 0,01-3,0. При этом модифицирующая добавка имеет удельную поверхность 1000-10000 м2/кг, средний размер частиц не более 50 мкм, гидравлическую активность не менее 1 мг/г и содержит, мас.%: гидравлическое вяжущее 50,0-90,0, активный минеральный компонент 9,9-45,0, пластифицирующая добавка 0,1-5,0, регулятор сроков схватывания и твердения 0,1 сверх 100, стабилизатор 1,0 сверх 100. Технический результат - упрощение производственно-технологического цикла приготовления ячеистого бетона и изделий из него с одновременным улучшением физико-механических свойств. 2 табл.
Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к приготовлению сухих смесей с добавлением пенообразующих и/или газообразующих средств, и может быть использовано в строительстве - монолитном домостроении для изготовления легких, прочных и теплоизоляционных стеновых конструкций и изделий из материалов на ее основе, а также в дорожном строительстве в качестве подстилающего слоя под дорожное покрытие.
Известна сырьевая смесь для приготовления ячеистого бетона на основе цемента (шлакопортландцемент М400) в качестве вяжущего, содержащая также кварцевый песок в качестве кремнеземистого компонента, суперпластификатор С-3, молотую негашеную известь, канифоль, 27-28%-ный раствор триэтаноламиновой соли алкилсульфатов, жидкое стекло с кремнеземистым модулем 2,8 с плотностью 1300 кг/м3, гипс строительный и водопроводную воду /RU 2064913, кл. С04В 38/02 от 10.08.96/.
Введение гипса незначительно снижает усадку ячеистого бетона, однако имеет большое время распалубочной прочности и, как следствие, разницу в плотности и прочности верхних и нижних слоев. Кроме того, необходимость использования автоклавной технологии усложняет технологический процесс производства ячеистого бетона, приводит к высоким энергетическим временным затратам на производство и низким технико-экономическим показателям, таким как себестоимость.
Известна сырьевая смесь для приготовления ячеистого бетона на основе цемента или смеси цемента с гипсом и/или известью, где в качестве вяжущего используется портландцемент, шлакопортландцемент, пуццолановый цемент или их смесь. В качестве наполнителя в ней применяют песок, золу, шлак, тонкомолотый керамический или силикатный кирпич, пенообразователь и/или алюминиевую пудру, добавку (1…10 вес.%) /RU 2187485, кл. С04В 38/02 от 20.08.2002/.
Получаемый ячеистый бетон решает задачу однородности по высоте заливки при одновременном улучшении других показателей - сокращение цикла изготовления сырьевой смеси до автоклавного твердения, отсутствие усадки, однако использование автоклавной технологии усложняет технологический процесс производства ячеистого бетона, приводит к высоким энергетическим затратам на производство бетона и низким технико-экономическим показателям.
Также известна сырьевая смесь для производства ячеистого бетона на основе гипса, содержащая одну часть гипса, 0,1-0,15 части извести, 0,03-0,05 части цемянки (полученной помолом боя красного кирпича или обжигом глины при 700-800°С с последующим помолом), 0,8-0,9 воды и пенообразователь /Г.В.Нагибин, П.Ф.Павлов, М.А.Эллерн. Технология теплоизоляционных и гипсовых материалов. 2-е издание, переработанное и дополненное. М.: Высшая школа, 1973, стр.136-137/.
Наиболее близким техническим решением является легкий бетон на основе композиционного гипсового, который представляет собой смесь гипсового вяжущего с органо-минеральным модификатором - ОММ и порообразователем. ОММ состоит из портландцемента любой разновидности, кремнеземистой добавки, суперпластификатора, регулятора схватывания и твердения, полимерных добавок и загустителей. В качестве кремнеземистой добавки в ОММ используют золу-унос, керамическую пыль, отходы производства керамических изделий, стеклянный бой, мелкий кварцевый песок, микрокремнезем, кремнегель, отработанный силикагель и подобные материалы, а в качестве пластификатора - суперпластификатор С-3, лигносульфонаты технические и др. /Ю.Б. Баженов и др. Технология сухих строительных смесей. М.: АСВ, 2003, стр.21-27/.
Использование гипса в качестве вяжущего улучшает ряд характеристик, таких как сокращение производственно-технологического цикла, сокращение энергозатрат, улучшение физико-механических свойств - прочность при сжатии наступает через два часа, в несколько раз уменьшается время достижения распалубочной прочности, снижается стоимость получаемой продукции, при этом не используется автоклавная технология. Однако после выдержки изделия подвергаются сушке в сушильной камере при температуре 40-50°С в течение 16 часов. Кроме того, получаемые изделия из ячеистого бетона на основе гипса обладают пониженной прочностью и недостаточной морозостойкостью и водостойкостью.
Технической задачей данного изобретения является упрощение производственно-технологического цикла приготовления ячеистого бетона и изделий из него с одновременным улучшением физико-механических свойств.
Техническая задача и промышленная применимость данного изобретения обеспечиваются тем, что сухая строительная смесь для приготовления ячеистого бетона на основе гипсового вяжущего содержит гипсовое вяжущее, модифицирующую добавку и пенообразователь и/или газообразователь при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| гипсовое вяжущее | 60,0-95,0 |
| модифицирующая добавка | 4,99-37,0 |
| пенообразователь и/или | |
| газообразователь | 0,01-3,0 |
при этом модифицирующая добавка имеет удельную поверхность 1000-10000 м2/кг, средний размер частиц не более 50 мкм, гидравлическую активность СаО в возрасте 28 суток при температуре 20°С не менее 1 мг/г и содержит, мас.%:
| гидравлическое вяжущее | 50,0-90,0 |
| активный минеральный компонент | 9,9-45,0 |
| пластифицирующая добавка | 0,1-5,0 |
| регулятор сроков схватывания и твердения | 0,1 сверх 100% |
| стабилизатор | 1,0 сверх 100%. |
Причем в качестве гипсового вяжущего используют гипс полуводный или ангидрит или их смесь в любой пропорции.
Гидравлическое вяжущее содержит одну из следующих составляющих или смешанные в любой пропорции: портландцемент любой разновидности, белый цемент, цветной цемент, глиноземистый цемент, гидравлическую известь.
Активный минеральный компонент содержит одну из следующих составляющих или смешанные в любой пропорции: золу-унос, золу рисовой шелухи, золу гречневой шелухи, золу и шлаки ТЭЦ, доменные шлаки, керамическую пыль, отходы производства керамических изделий, метакаолин, мелкий кварцевый песок, микрокремнезем, пемзу, стеклянный бой, кремнегель, туф, диатомит, белую сажу, аэросил, отходы производства соединений алюминия - остатки эпокситов, содержащие глинистые частицы и аморфный кремнезем.
В качестве пенообразователя используют известные компоненты на основе натурального или синтетического сырья, например пенообразователь марки «Пионер», а в качестве газообразователя - перекись водорода, алюминиевую пудру и другие.
Регулятором сроков схватывания и твердения в заявленном изобретении могут быть замедлитель твердения гипса - натуральная винная кислота, лимонная кислота, яблочная кислота, клей казеиновый или ускоритель твердения гипса - двуводный гипс, карбонат натрия, сульфат меди, сульфат железа.
В качестве стабилизатора используют гидроксиэтилцеллюлозу, гидроксипропилцеллюлозу, этилцеллюлозу, карбоксиметилцеллюлозу, гидроксиметилпропилцеллюлозу.
Пластифицирующая добавка представлена в виде суперпластификатора, содержащего одно из следующих или смешанные в любой пропорции: пластификаторов на основе сульфированных меламиноформальдегидных соединений, пластификаторов на основе сульфированных нафталинформальдегидных соединений, пластификаторов на основе модифицированных лигносульфонатов или пластификаторов на основе водорастворимых карбоксилатных полимеров. В качестве пластифицирующей добавки, являющейся смесью вышеуказанных пластификаторов, может использоваться, например, смесь, содержащая, мас.%: пластификатор на основе сульфированных нафталинформальдегидных соединений 70, пластификатор на основе модифицированных лигносульфонатов 30, или смесь, содержащая, мас.%: пластификатор на основе сульфированных меламиноформальдегидных соединений 90, пластификатор на основе водорастворимых карбоксилатных полимеров 10, или смесь, содержащая, мас.%: пластификатор на основе модифицированных лигносульфонатов 90, пластификатор на основе водорастворимых карбоксилатных полимеров 10, или смесь, содержащая, мас.%: пластификатор на основе модифицированных лигносульфонатов 60, пластификатор на основе водорастворимых карбоксилатных полимеров 40.
При этом значении удельная поверхность добавки существенно увеличивается от 1000 до 10000 м2/кг. Модифицирующая добавка имеет показатели, удовлетворяющие следующим требованиям - с удельной поверхностью не менее 1000 м2/кг, со средним размером частиц не более 50 мкм и гидравлической активностью СаО в возрасте 28 суток при температуре 20°С не менее 1 мг/г.
Приготовление ячеистого бетона на основе сухой строительной смеси, содержащей гипсовое вяжущее, модифицирующую добавку и пенообразователь и/или газообразователь, осуществляют по любой известной схеме, например с использованием баротехнологии, то есть путем смешения смеси под высоким давлением, или по классической схеме, или с использованием пеногенератора, при этом сухие компоненты перемешивают в обычном смесителе, а производство добавки для модификации гипсовых вяжущих, строительных растворов и бетонов на их основе включает два этапа. Сначала отдозированные компоненты добавки предварительно перемешиваются в смесителе принудительного действия. На втором этапе полученную смесь подают в смеситель-активатор центробежно-ударного типа непрерывного действия, например СЦУ-450.
Для иллюстрации получения ячеистого бетона на основе сухой строительной смеси, содержащей гипсовое вяжущее, модифицирующую добавку и пенообразователь и/или газообразователь, приведены ниже примеры конкретного выполнения.
Пример 1
Для экспериментальной проверки заявляемого состава была приготовлена следующая сырьевая смесь ингредиентов (% по массе):
| 1. гипсовое вяжущее - полуводный гипс | 72 |
| 2. модифицирующая добавка | 27 |
при этом добавка следующего состава (% по массе):
| - гидравлическое вяжущее - портландцемент | 87,9 |
| - активный минеральный компонент - микрокремнезем | 10,0 |
| - суперпластификатор - Мелфлюкс | 1,0 |
| - замедлитель твердения гипса - винная кислота натуральная | 0,1 (сверх 100%) |
| - стабилизатор - гидроксиэтилцеллюлоза | 1,0 (сверх 100%) |
| 3. пенообразователь - Пионер-118 | 1,0. |
Испытания проводились в соответствии с ГОСТ-21520-89. Результаты испытаний образцов ячеистого бетона приведены в таблице 2. Полученный состав обладает улучшенными физико-механическими характеристиками - высокой плотностью, высокой прочностью на сжатие, высокой прочностью на растяжение, морозостойкостью, высокой стойкостью к атмосферному воздействию.
Пример 2
Для экспериментальной проверки заявляемого состава была приготовлена следующая сырьевая смесь ингредиентов (% по массе):
| 1. гисовое вяжущее - полуводный гипс | 80,0 |
| 2. модифицирующая добавка | 19,5 |
при этом добавка следующего состава (% по массе):
| - гидравлическое вяжущее - портландцемент | 87,9 |
| - активный минеральный компонент - микрокремнезем | 10,0 |
| - суперпластификатор - С-3 | 1,0 |
| - замедлитель твердения гипса - винная кислота натуральная | 0,1 (сверх 100%) |
| - стабилизатор - гидроксипропилцеллюлоза | 1,0 (сверх 100%) |
| 3. газообразователь - порошок алюминия марки ПАП-31 | 0,5 |
Испытания проводились в соответствии с ГОСТ-21520-89. Результаты испытаний образцов ячеистого бетона приведены в таблице 2. Полученный ячеистый бетон имеет среднюю прочность и среднюю объемную массу, обладает улучшенными физико-механическими характеристиками - хорошей прочностью на сжатие, морозостойкостью и хорошей стойкостью к атмосферному воздействию.
Пример 3
Для экспериментальной проверки заявляемого состава была приготовлена следующая сырьевая смесь (% по массе):
| 1. гипсовое вяжущее - полуводный гипс | 90,0 |
| 2. модифицирующая добавка | 7,0 |
при этом добавка следующего состава (% по массе):
| - гидравлическое вяжущее - портландцемент | 58,0 |
| - активный минеральный компонент - бой стекла (до 3 мм) | 40,0 |
| - суперпластификатор - ЛСТ | 0,9 |
| - замедлитель твердения гипса - винная кислота натуральная | 0,1 (сверх 100%) |
| - стабилизатор - гидроксиэтилцеллюлоза | 1,0 (сверх 100%) |
| 3. пенообразователь и газообразователь - Пионер-118 | |
| и ПАП-31 при соотношении по массе 1:1 | 3,0. |
Испытания проводились в соответствии с ГОСТ-21520-89. Результаты испытаний образцов ячеистого бетона приведены в таблице 2.
В таблице 1 приведены сравнительные характеристики известных и предложенного ячеистых бетонов. Как видно из примера, несмотря на то что для модификации гипсовых вяжущих использовано всего 7% добавки, полученный легкий бетон обладает высокой подвижностью, морозостойкостью и высокой стойкостью к атмосферному воздействию, при этом значение удельной поверхности добавки равно 600 м2/кг.
Таким образом, предложенное изобретение обеспечивает достижение задачи упрощения и ускорения производственно-технологического цикла получения ячеистого бетона и изделий из него в несколько раз с одновременным улучшением физико-механических свойств - высокой прочности на сжатие, высокой прочности на растяжение, морозостойкости, высокой стойкости к атмосферному воздействию. Как результат, значительно снизились энергетические и временные затраты и себестоимость получаемой продукции из ячеистого бетона.
| Таблица 1 | ||||
| Параметры | Предлагаемый состав | |||
| Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | Прототип | |
| 1. Прочность на сжатие, МПа: 28 суток | 52 | 55 | 35 | 30 |
| 2. Прочность на растяжение при изгибе, МПа: 28 суток | 30 | 36 | 16 | 12 |
| 3. Срок схватывания, мин: | ||||
| Начало | 30 | 50 | 30 | 10 |
| Окончание | 60 | 90 | 60 | 20 |
| 4. Водотвердое отношение | 0,18 | 0,20 | 0,18 | 0,26 |
| 5. Морозостойкость, циклов | 50 | 60 | 40 | 30 |
| 6. Коэффициент размягчения | 0,86 | 0,90 | 0,82 | 0,80 |
| 7. Водоудерживающая способность, % | 99 | 99 | 99 | 70-75 |
| 8. Подвижность смеси по | ||||
| Сутгарду, мм | ||||
| Через 5 мин | 250 | 250 | 250 | 200 |
| Через 10 мин | 250 | 250 | 250 | 150 |
| Через 15 мин | 250 | 250 | 250 | 70 |
| Таблица 2 | |||||
| Параметры | Предлагаемый состав | Прототип | Аналог | ||
| Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | |||
| 1. Прочность на сжатие, мПа: 28 суток | 3,5 | 3,5 | 4 | 1,8 | 3 |
| 2. Сроки схватывании, мин: | |||||
| начало | 30 | 30 | 30 | 10 | 240 |
| окончание | 60 | 60 | 60 | 20 | 480 |
| 3. Водотвердое отношение | 0,43 | 0,20 | 0,18 | 0,67 | 0,35 |
| 4. Морозостойкость, циклов | 30 | 30 | 30 | 2 | 20-30 |
| 5. Коэффициент размягчения | 0,8 | 0,84 | 0,9 | 0,3 | 0,9 |
| 6. Время распалубочной прочности, час | 2 | 2 | 2 | 2 | 24 |
| 7. Усадка, % | 0 | 0 | 0 | 0 | до 2 |
| 8. Плотность, кг/м | |||||
| верхнего слоя | 600 | 600 | 600 | 600 | 500 |
| нижнего слоя | 600 | 600 | 600 | 600 | 700 |
| 9. Время сушки изделия в сушильной камере, час | 0 | 0 | 0 | 16 | 24 |
Сухая строительная смесь для приготовления ячеистого бетона на основе гипса, характеризующаяся тем, что она содержит гипсовое вяжущее, модифицирующую добавку и пенообразователь и/или газообразователь при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| гипсовое вяжущее | 60,0-95,0 |
| модифицирующая добавка | 4,99-37,0 |
| пенообразователь и/или газообразователь | 0,01-3,0, |
при этом модифицирующая добавка имеет удельную поверхность 1000-10000 м2/кг, средний размер частиц не более 50 мкм, гидравлическую активность не менее 1 мг/г и содержит, мас.%:
| гидравлическое вяжущее | 50,0-90,0 |
| активный минеральный компонент | 9,9-45,0 |
| пластифицирующую добавку | 0,1-5,0 |
| регулятор сроков схватывания и твердения | 0,1 сверх 100 |
| стабилизатор | 1,0 сверх 100 |
