Ячеистый бетон на основе керамической безобжиговой композиции
Ячеистый бетон на основе керамической безобжиговой композиции содержит, мас.ч.: метакаолин - 100, аморфный кремнезем - 10-20, низкомодульное жидкое стекло - 100-130, кремнефтористый натрий - 15-30, сополимер эфира метакриловой кислоты и стирола - 3-6, суперпластификатор на основе нафталинсульфокислоты и формальдегида - 0,3-1,0, гипсовое вяжущее - 3-7, синтетический пенообразователь - 2-3, гидрофобизатор - 0,5-2,5, стеклянные (базальтовые) волокна - 0,3-0,5, вода - 20-50. Технический результат: повышение удобоукладываемости формовочных смесей, обладающих быстрым затвердеванием и набором прочности, повышение физико-механических свойств получаемого материала: морозостойкости и водостойкости, снижение хрупкости, при получении плотных и прочных декоративно-облицовочных изделий с качественной лицевой поверхностью для облицовки фасадов и блоков из особо легкого (плотностью 150-300 кг/куб.м) теплоизоляционного бетона с эффективными теплофизическими характеристиками. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к составам для получения керамического композиционного материала, и может быть использовано для производства теплоизоляционного ячеистого бетона при изготовлении из этого материала стеновых блоков, плит, панелей и др., предназначенных для применения в жилищном, промышленном и гражданском строительстве.
Известно вяжущее для изготовления безобжиговых строительных материалов (см. а/с СССР №245629, кл. МКИ С04В 7/153, бюл. №19, 04.06.1969), включающее молотый доменный шлак, каолиновую глину и несиликатные соединения щелочных металлов, дающих в водных растворах щелочную реакцию.
Известен ячеистый бетон (см. а/с СССР №214367, кл. МКИ С04В 23/06, бюл. №11, 20.03.1968) на вяжущем, включающем молотый доменный шлак, каолиновую глину и несиликатные соединения щелочных металлов.
Недостатками данного вяжущего и ячеистого бетона на его основе являются низкая прочность, водостойкость и высокая хрупкость получаемых материалов.
Последующее развитие науки и опыта применения этих вяжущих, названных шлакощелочными вяжущими (см. Глуховский В.Д. и др. «Шлакощелочные цементы и бетоны», Киев, Будивельник, 1978), возникновение химии неорганических полимеров (см. Толстогузов В.Б. «Неорганические полимеры», М., Наука, 1967 г. и Сычев М.М. «Неорганические клеи». Л., Химия, 1986 г.) привели к пониманию условий создания совершенно новых материалов, подобных природным алюмосиликатам и цеолитам, обладающих высокими физико-механическими свойствами.
Известен ячеистый жаростойкий бетон по способу получения ячеистого жаростойкого бетона (см. патент RU №2103239, кл. МКИ С04В 38/02, бюл. №3, 27.01.1998), содержащий компоненты в следующем соотношении, мас.ч.:
| Ферросилиций | 60-125 |
| Алюмосиликат | 100 |
| Жидкое стекло | 80-125 |
| Фторосодержащий компонент | 10-20 |
| Едкий натр | 10-20 |
| Мелкий заполнитель | 125-130 |
К недостаткам известного ячеистого жаростойкого бетона следует отнести разброс показателей по плотности и прочности материала, особенно для особо легкого бетона, что обуславливается выбранной технологией вспучивания формовочной смеси из-за наличия пристеночного эффекта, перепада плотности по высоте и возможных колебаний температуры в объеме изделия.
Известны гидравлическая композиция и высокопрочный композитный материал по способу получения высокопрочного композитного материал (см. патент RU №2051135, кл. МКИ С04В 28/08, бюл. №36, 27.12.1995), содержащая компоненты в следующем соотношении, мас.ч.:
| Молотый доменный шлак | 100 |
| Щелочной компонент (гидроксид натрия, гидроксид калия, | |
| карбонат натрия, карбонат калия, силикат натрия, | |
| метасиликат натрия) | 0,1-5,0 |
| Водорастворимый полимер (поли(мет)акриламид, | |
| сополимер(мет)акриловой кислоты и (мет)акриламида, | |
| частично гидролизованный поливинилацетат, | |
| карбоксиметилцеллюлоза, гидроксипропилметилцеллюлоза, | |
| натриевый поли(мет)акрилат с мол./м более 10000 | 1-15 |
| Вода | 5-30 |
| Мелкий заполнитель (дымчатый кварц, оксид титана, | |
| карбонат натрия, глина, тонкоизмельченный | |
| кварцевый песок) | 2-50 |
Недостатками известной гидравлической композиции высокопрочного композитного материала являются:
- большой разброс прочностных показателей (Рсж=68-990 кг/кв.см) и показателей по водостойкости (коэф. размяг.=0,2-0,89);
- низкая водостойкость материала в более чем 80% составов из-за применения неводостойких полимеров;
- большой расход полимерных добавок в составах (до 15%), делающих затвердевший материал горючим, т.к. допускается по нормам не более 4%;
- повышенное содержание в выбранном шлаке СаО=42,2% и MgO=6,4% может приводить в определенных условиях к большим деформациям в твердеющем бетоне и деструктивным процессам.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому объекту, выбранным в качестве прототипа, является шлакощелочной ячеистый бетон (см. патент RU №2123484, кл. МКИ С04В 28/08, бюл. №35, 30.12.1998), включающий молотый доменный гранулированный шлак, низкомодульное жидкое стекло, порообразователь и дисперсно-армирующий материал, содержащая компоненты в следующем соотношении, мас.ч.:
| Молотый доменный гранулированный шлак | 100 |
| Низкомодульное жидкое стекло | 46,7-60,6 |
| Пенообразователь | 0,3-1,0 |
| Дисперсно-армирующий материал | 0,6 |
Недостатками известного шлакощелочного ячеистого бетона являются большие (до 6 часов) сроки затвердевания и высокая хрупкость материала.
Задачей изобретения является создание на основе керамического безобжигового композиционного материала вспененного ячеистого конструкционно-теплоизоляционного и особо легкого (плотностью 150-300 кг/куб.м) теплоизоляционного бетона, обладающего хорошей формуемостью, быстрым затвердеванием и набором прочности, высокими прочностными свойствами, водостойкостью и морозостойкостью, низким водопоглощением, отсутствием хрупкости и эффективными теплофизическими свойствами.
Данные задачи решаются согласно изобретению тем, что ячеистый бетон на основе керамической безобжиговой композиции, полученной смещением формовочной смеси, включающей щелочной компонент, минеральное связующее, дисперсно-армирующее волокно и воду, дисперсно-армирующее волокно содержит в качестве минерального связующего метакаолин и аморфный кремнезем, в качестве щелочного компонента - низкомодульное жидкое стекло и кремнефтористый натрий в качестве его отвердителя, в качестве полимерного связующего эмульсию акрилового сополимера эфира метакриловой кислоты и стирола с инициатором отверждения, и дополнительно вводятся гипсовое вяжущее в качестве ускорителя твердения пенобетона в начальные сроки, суперпластификатор в качестве отвердителя полимерного связующего, синтетический пенообразователь и полигидроксилаксановый гидрофобизатор, при этом ячеистый бетон содержит компоненты в следующем соотношении, мас.ч.:
| Метакаолин | 100 |
| Аморфный кремнезем | 10-20 |
| Низкомодулъное жидкое стекло | 100-130 |
| Кремнефтористый натрий | 15-30 |
| Сополимер эфира метакриловой | |
| кислоты и стирола | 3-6 |
| Суперпластификатор на основе | |
| нафталинсульфокислоты и формальдегида | 0,3-1,0 |
| Гипсовое вяжущее | 3-7 |
| Синтетический пенообразователь | 2-3 |
| Гидрофобизатор | 0,5-2,5 |
| Стеклянные (базальтовые) волокна | 0,3-0,5 |
| Вода | 20-50, |
в смеси метакаолина, аморфного кремнезема и жидкого стекла стехиометрическое соотношение содержания основных окислов и воды Аl2О3:SiO2:Na2O:Н2O выдерживается как 1:(2,1-4,5):(0,6-1,2):(3-7), а содержание окислов СаО и MgO в составе исходных компонентов не должно превышать 15%, и ячеистый бетон на основе керамической безобжиговой композиции содержит в качестве эмульсии акрилового сополимера сополимер эфира метакриловой кислоты и стирола, получаемый эмульсионным способом, «Акрэмос-512», в качестве инициатора отверждения акрилового сополимера и пластификатора формовочной смеси суперпластификатор на основе нафталинсульфокислоты и формальдегида «С-3», синтетический пенообразователь «Пионер-156», в качестве дисперсно-армирующего волокна стеклянные (базальтовые) волокна длиной 6 мм - 70% и длиной 12 мм - 30%.
Сущность изобретения состоит в том, что указанные признаки являются существенными вследствие получения новых технических, эксплуатационных и экономических эффектов.
Так, заявленное техническое решение в отличие от известных предлагает новый элементный состав формовочной смеси, в котором используется акриловый сополимер с отверждающим его инициатором отверждения, в результате отвержденный, в т.ч. при комнатной температуре, материал приобретает высокую эластичность, прочность и водостойкость. Кроме того, при введении в рецептуру формовочной смеси ячеистого бетона выбранного акрилового сополимера вспененная формовочная смесь гидрофобизируется, что исключает оседание формовочной смеси, а структура отвержденного материала гидрофобизируется в объеме. Поддержание в смеси метакаолина, аморфного кремнезема и жидкого стекла стехиометрического соотношения содержания основных окислов и воды Аl2О3:SiO2:Na2O:H2O в пределах 1:(2,1-4,5):(0,6-1,2):(3-7) обеспечивает получение высоких показателей материала по прочности и его водостойкости.
Таким образом, отличительными признаками заявленного состава являются новая рецептура керамической безобжиговой композиции с указанным стехиометрическим соотношением содержания основных окислов и воды в смеси метакаолина, аморфного кремнезема и жидкого стекла, использование акриловых сополимеров в производстве стройматериалов с отверждающими их инициаторами отверждения, введение в состав ячеистого бетона синтетического пенообразователя и гидрофобизатора.
Заявителю не известен состав для получения ячеистого бетона на основе керамического безобжигового композиционного материала с указанной совокупностью существенных признаков и заявленная совокупность существенных признаков не вытекает явным образом из современного уровня техники, что подтверждает соответствие заявляемого изобретения критериям "новизна" и "изобретательский уровень".
Предлагаемое изобретение поясняется примерами его выполнения, где в таблице 1 приведены составы формовочной смеси ячеистого бетона, а результаты физико-механических испытаний образцов, приготовленных из этих смесей, представлены в таблице 2.
| Таблица 1 | ||||
| Составы смесей ячеистого бетона | ||||
| Наименование компонентов | Соотношение компонентов в примерах, мас.ч. | |||
| 1 | 2 | 3 | Прототип | |
| Доменный шлак | - | - | - | 100 |
| Метакаолин | 100 | 100 | 100 | - |
| Ферросилиций | - | - | 10 | - |
| Трепел | 10 | 7- | - | - |
| Гипсовое вяжущее | 5 | 3 | - | - |
| Жидкое стекло | 60 | 100 | 90 | 46,7-60,6 |
| Кремнефтористый натрий | 12 | 20 | 18 | - |
| Акриловый сополимер | 5 | 3 | 6 | - |
| Суперпластификатор | 1,0 | 0,5 | 0,8 | - |
| Дисперсное волокно | 0,5 | 0,3 | 0,5 | 0,6 |
| Пенообразователь | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 0,2-1,0 |
| Гидрофобизатор | - | - | 1,0 | - |
| Вода | 40 | 35 | 45 | - |
| - |
| Таблица 2 | ||||
| Физико-механические свойства ячеистого бетона | ||||
| Наименование показателей | Значения показателей в примерах | |||
| 1 | 2 | 3 | Прототип | |
| Плотность, кг/куб, м | 320 | 430 | 290 | 150-400 |
| Прочность при сжатии | ||||
| в возрасте 28 сут., МПа | 1,93 | 2,25 | 1,74 | 0,38-1,6 |
| Потеря прочности при водонасыщении, % | 16,7 | 14 | 8,1 | - |
| Коэф. теплопроводности, Вт/м°С | 0,08 | 0,092 | 0,076 | 0,07-0,1 |
| Водопоглощение, % | 62 | 54,1 | 7,3 | - |
| Морозостойкость, цикл | 35 | 35 | 35 | - |
Формовочную смесь ячеистого бетона готовят в смесителе роторного типа или по технологии раздельного приготовления пены и метакаолинового теста с последующим их смешиванием. Заформованные изделия могут твердеть на воздухе с обеспечением их защиты от высыхания в первые 8-10 суток или для ускорения процесса твердения подвергаться тепловой обработке при температуре до 100°С.
Использование изобретения в рамках предложенной рецептуры позволит получать удобоукладываемые формовочные пенобетонные смеси, обладающие быстрым затвердеванием и набором прочности, а затвердевший пенобетон - с повышенными физико-механическими свойствами, морозостойкостью и водостойкостью, отсутствием хрупкости, что обеспечивает получение плотных и прочных пенобетонов с эффективными теплофизическими характеристиками.
1. Ячеистый бетон на основе керамической безобжиговой композиции, полученной смешением формовочной смеси, включающей щелочной компонент, минеральное связующее, дисперсно-армирующее волокно и воду, отличающийся тем, что содержит в качестве минерального связующего метакаолин и аморфный кремнезем, в качестве щелочного компонента низкомодульное жидкое стекло и кремнефтористый натрий в качестве его отвердителя, в качестве полимерного связующего эмульсию акрилового сополимера эфира метакриловой кислоты и стирола с инициатором отверждения, и дополнительно вводятся гипсовое вяжущее в качестве ускорителя твердения пенобетона в начальные сроки, суперпластификатор в качестве отвердителя полимерного связующего, синтетический пенообразователь и полигидросилоксановый гидрофобизатор, при этом ячеистый бетон содержит компоненты в следующем соотношении, мас.ч.:
| метакаолин | 100 |
| аморфный кремнезем | 10-20 |
| низкомодульное жидкое стекло | 100-130 |
| кремнефтористый натрий | 15-30 |
| сополимер эфира метакриловой кислоты и стирола | 3-6 |
| суперпластификатор на основе | 0,3-1,0 |
| нафталинсульфокислоты и формальдегида | |
| гипсовое вяжущее | 3-7 |
| синтетический пенообразователь | 2-3 |
| гидрофобизатор | 0,5-2,5 |
| стеклянные (базальтовые) волокна | 0,3-0,5 |
| вода | 20-50 |
в смеси метакаолина, аморфного кремнезема и жидкого стекла стехиометрическое соотношение содержания основных окислов и воды Аl2О3:SiO2:Na2O:H2О выдерживается как 1:(2,1-4,5):(0,6-1,2):(3-7).
2. Ячеистый бетон на основе керамической безобжиговой композиции по п.1, отличающийся тем, что содержит в качестве эмульсии акрилового сополимера сополимер эфира метакриловой кислоты и стирола, получаемый эмульсионным способом, «Акрэмос-512», в качестве инициатора отверждения акрилового сополимера и пластификатора формовочной смеси суперпластификатор на основе нафталинсульфокислоты и формальдегида «С-3», синтетический пенообразователь «Пионер-156», в качестве дисперсно-армирующего волокна - стеклянные (базальтовые) волокна длиной 6 мм - 70% и длиной 12 мм - 30%.
