Сырьевая смесь для кладочного строительного раствора и способ его изготовления
Владельцы патента RU 2490233:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Братский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к составу сырьевой смеси для кладочного строительного раствора и способу его изготовления, а именно к производству пористых строительных растворов, на основе цементных вяжущих, полученных добавлением пористых веществ. Сырьевая смесь для кладочного строительного раствора содержит, мас.%: портландцемент 18,76-20,70, кварцевый песок с наибольшей крупностью зерен 2,5 и модулем крупности 2,37 56,29-62,10, отходы пенополистирола, дробленые до гранул размером 2-7 мм, насыпной плотностью 38-40 кг/м3, модифицированные 0,25-0,56, жидкое натриевое стекло плотностью 1250 кг/м3 0,415-0,9296, зола-унос от сжигания бурого угля 4,14-9,38, вода - остальное. Способ изготовления кладочного строительного раствора из указанной выше сырьевой смеси включает дробление отходов пенополистирола до гранул указанного размера и плотности, подачу полученных гранул в растворосмеситель, добавление указанного жидкого стекла с водой в соотношении по массе 1:1, перемешивание в течение 1-2 минут, введение указанной золы-унос и перемешивание в течение 1-3 минут, введение в растворосмеситель с модифицированными указанными отходами пенополистирола портландцемента, указанного песка и остальной воды и перемешивание в течение 3-5 минут. Технический результат - получение кладочного раствора с пониженной плотностью и теплопроводностью марок М25-M100. 2 н.п. ф-лы, 1 пр., 5 табл.
Изобретение относится к составу сырьевой смеси для кладочного строительного раствора и способу его изготовления, а именно к производству пористых строительных растворов, на основе цементных вяжущих, полученных добавлением пористых веществ. Эффективность применения данного раствора проявляется при кладке в ограждающих конструкциях с использованием штучных материалов (кирпич, ячеистые, газобетонные, пенобетонные блоки и др.) с низкой теплопроводностью и плотностью, для уменьшения потери тепла через кладочные швы.
Известен способ снижения теплопроводности и плотности путем введения в бетон легких заполнителей, в том числе и пенополистирольных гранул. Пенополистиролбетон готовят перемешиванием цемента, воды, пены и пенополистирольных гранул. Готовят смесь из цемента и воды, подают в нее пенополистирольные гранулы в количестве 0,2-0,4 м3 на 1 м3 бетона и перемешивают в течение 0,5-5 мин, после этого подают пену в количестве 0,4-0,8 м3 на 1 м3 бетона и перемешивают в течение 0,5-5 мин, затем снова пенополистирольные гранулы в количестве 0,2-0,4 м3 на 1 м3 бетона и перемешивают в течение 0,5-5 мин [Патент RU 2198151, МПК C04B 38/08, C04B 38/10, 2001].
Существенные недостатки этого способа приготовления и состава пенополистиролбетона:
- всплывают и неравномерно распределяются компоненты в смеси при использовании пенополистирольных гранул;
- подобного рода составы невозможно применять в кладочных растворах т.к. размер гранул не позволяет равномерно распределить кладочный строительный раствор тонким связным слоем по поверхности, гранулы пенополистирола оголяются, прочность данного состава в тонком слое низкая;
- низкая адгезия вяжущего и других минеральных компонентов смеси к заполнителю - пенополистиролу, причина - разнородные поверхности пенополистирола и минеральной составляющей раствора;
- во время приготовления смеси пенополистирольные гранулы электризуются, слипаются.
Известен способ снятия электростатического напряжения с поверхности легкого заполнителя. За счет увлажнения гранул растворами солей лигносульфонатной кислоты с содержанием сахара, особенно гексозы и/или пентозы с последующим нанесением вяжущего вещества (прежде всего цемент, гипс, ангидрит или известь, к вяжущему в качестве добавки могут вводиться тонко молотые каменная мука, кварц, известковый камень и др.) [Патент ФРГ Кл. 80 №1281338, В 21/01, C04B 31/00, 24.08.72]. Основным недостатком этого способа снятия электростатического напряжения является то, что соли лигносульфонатной кислоты и сахара снижают сроки схватывания и твердения цементных вяжущих.
Известны строительные цементно-песчаные растворы с применением вспученных, природных дробленых пористых пород (керамзит, перлит, аглопорит, пемза, вермикулит и т.д.) [Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. / Строительные материалы: Учеб для вузов. - М.: Стройиздат, 1986. - 688 с., ил.; ГОСТ 28013-98 Растворы строительные. Общие технические условия]. Недостатки этих строительных растворов: высокая себестоимость природного материала и энергоемкость дополнительных средств потраченных на его добычу и обработку (сушка, обжиг, дробление и т.д.), а также открытая поровая структура заполнителя, что увеличивает проницаемость и отрицательно влияет на водопоглощение, морозостойкость и другие эксплуатационные свойства кладочных растворов.
Наиболее близким по технической сущности цементно-песчаный раствор состава Портландцемент: Песок: Вода [Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. / Строительные материалы: Учеб для вузов. - М.: Стройиздат, 1986. - 688 с., ил.; ГОСТ 28013-98 Растворы строительные. Общие технические условия]. Он часто используется в строительных работах для кладки различных камней и блоков. Недостатки данного цементно-песчаного раствора: повышенные, в сравнении со строительными блоками, плотность ρ=2100-2200 кг/м3, теплопроводность λ=0,6-0,7 Вт/м*°C.
Наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату способ, заключающийся в приготовлении раствора путем последовательного смешивания цемента, заполнителя и воды и последующей укладке раствора на предварительно смоченную водой поверхность [П.Н.Клочанов, А.Е.Суржаненко, И.Ш.Эйдинов. Рецептурно-технологический справочник по отделочным работам. - М.: Стройиздат, 1973, с.100]. Данный способ приготовления, когда смешивается сначала цемент с заполнителем, а потом затворяется водой, не дает возможность получить связный удобоукладываемый кладочный раствор с модифицированным легким заполнителем из пенополистирола.
Техническими задачами изобретения являются:
1. Разработка состава сырьевой смеси для кладочного строительного раствора с пониженной плотностью и теплопроводностью для улучшения теплотехнических характеристик стеновой конструкции путем включения в состав мелкого легкого заполнителя - модифицированных гранул дробленого пенополистирола, предотвращая потери тепла через кладочные швы («мостики холода»);
2. Разработка наиболее простого способа изготовления кладочного строительного раствора удовлетворяющего технологическим и технико-экономическим требованиям, существенными признаками которого является особый порядок введения компонентов и режимы перемешивания.
Технический результат - получение кладочного раствора с пониженной плотностью и теплопроводностью марок М25-M100, для кладки кирпичей, строительных камней, ячеистых блоков и др.
Технический результат, согласно изобретению, достигается тем, что:
1. Сырьевая смесь для кладочного строительного раствора, содержащая портландцемент, кварцевый песок, воду, отличающаяся тем, что в состав смеси вводят модифицированные отходы пенополистирола, дробленые до гранул размером 2-7 мм, насыпной плотностью 38-40 кг/м3, жидким натриевым стеклом плотностью 1250 кг/м3 и золой-унос от сжигания бурого угля, смесь содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас.%:
| Отходы пенополистирола, дробленые до гранул | |
| размером 2-7 мм, насыпной плотностью 38-40 кг/м3 | 0,25-0,56 |
| Жидкое натриевое стекло плотностью 1250 кг/м3 | 0,415-0,9296 |
| Зола-унос от сжигания бурого угля | 4,14-9,38 |
| Портландцемент | 18,76-20,70 |
| Песок кварцевый с наибольшей крупностью зерен 2,5 и | |
| модулем крупности 2,37 | 56,29-62,10 |
| Вода | остальное |
2. Способ изготовления кладочного строительного раствора по п.1, заключающийся в предварительном смешивании отходов пенополистирола, дробленых до гранул размером 2-7 мм, насыпной плотностью 38-40 кг/м3, которые подают в растворосмеситель, добавляют жидкое натриевое стекло плотностью 1250 кг/м3, с водой в соотношении по массе 1:1, перемешивают 1-2 минуты, вводят золу-унос от сжигания бурого угля и перемешивают 1-3 минуты, до достижения равномерного распределения золы-унос на гранулах, затем в смеситель с модифицированными пенополистирольными гранулами вводят портландцемент, песок кварцевый с наибольшей крупностью зерен 2,5, модулем крупности 2,37 и остальную воду, перемешивают 3-5 минут.
Кладочный раствор содержит следующие компоненты:
- портландцемент - ГОСТ 10178 марки ПЦ500 ДО (свойства см. таблицу 1.1);
| Таблица 1.1 | ||
| Свойства Ангарского портландцемента ПЦ 500-Д0 | ||
| Наименование показателей | Требования ГОСТа 10178-85 | Фактические значения |
| 1 | 2 | 3 |
| Массовая доля добавок, % | отсутствует | отсутствует |
| Массовая доля оксида серы, % | 1,0-3,5 | 2,5-3,5 |
| Прочность при сжатии после пропаривания, МПа | 28,0-32,0 | 28,0-32,0 |
| Прочность при сжатии через 28 суток, МПа не менее | 49,0 | 49,0-53,0 |
| Прочность при изгибе через 28 суток, МПа не менее | 5,9 | 5,9-6,8 |
| Сроки схватывания, мин: | ||
| начало | не ранее 45 | 210,0-260,0 |
| конец | не позднее 600 | 240,0-360,0 |
| Массовая доля щелочных оксидов в пересчете на Na2O, % | Не нормируется | 0,5-1,0 |
| Массовая доля Cl не более, % | 0,1 | 0,01-0,05 |
| Минералогический состав клинкера, % | ||
| Трехкальциевый силикат | Не нормируется | 58,0-64,0 |
| Двукальциевый силикат | Не нормируется | 12,0-16,0 |
| Трехкальциевый алюминат | Не нормируется | 6,0-8,0 |
| Четырехкальциевый алюмоферит | Не нормируется | 11,0-14,0 |
| Массовая доля оксида магния, не более, % | 6,0 | 4,0-5,0 |
| Удельная эффективность естественных радионуклидов, Бк/кг, не более | 370,0 | 70-150 |
- кварцевый песок ГОСТ 8736 с наибольшей крупностью зерен 2,5 и модулем крупности 2,37 (свойства см. таблицу 1.2);
| Таблица 1.2 | ||||||||
| Основные физические свойства кварцевого песка Зуевского карьера | ||||||||
| Модуль крупности | Плотность насыпная, кг/м3 | Плотность истинная, кг/м3 | Полные остатки, % по массе, на ситах | |||||
| 2,5 | 1,25 | 0,63 | 0,315 | 0,14 | <0,14 | |||
| 2,37 | 1640 | 2670 | 20,62 | 27,02 | 33,61 | 61,54 | 94,56 | 100,00 |
- гранулы дробленого пенополистирола полученные в результате измельчения пенополистирольных отходов размером 2-7 мм, насыпная ПЛОТНОСТЬ ρнас=38-40 кг/м3 ГОСТ 15588, обладают тонкой замкнутой поровои структурой;
- жидкое натриевое стекло ρ=1250 кг/м3 ГОСТ 13078 - снимает статическое электричество, служит связующим компонентом при формировании оболочки из золы-унос на пенополистирольных гранулах;
- зола-унос (свойства см. таблицу 1.3, 1.4), способствует снятию статического электричества на поверхности гранул пенополистирола, улучшает сцепление и сродство пенополистирольного заполнителя с компонентами строительного раствора, позволяет равномерно распределять компоненты в смеси, улучшает адгезию легкого заполнителя к минеральным компонентам, способствует снижению высолообразования, уплотнению цементного камня раствора, повышая конечную прочность затвердевшего состава при меньшей плотности;
| Таблица 1.4 | |
| Физические свойства золы-унос от сжигания бурого угля | |
| Производитель отхода | ТЭЦ-6 ОАО «Иркутскэнерго» |
| Насыпная плотность, кг/м3 | 1500-1600 |
| Влажность,% | Не>1 |
| Удельная поверхность, см2/г | Не<1500 |
| Остаток на сите №008,% по массе | Не>15 |
| П.п.п., % | Не более 5 |
| Значение удельной эффективности активности естественных радионуклидов (допустимая величина 370 Бк/кг) | 138,4 |
| Класс опасности для окружающей природной среды | V (безопасные) |
| Класс радиационной безопасности согласно ГОСТ 30108-94 и НРБ-99 | I (Аэфф<370 Бк/кг) |
- вода для бетонов и растворов ГОСТ 23732.
Исследование позволяют считать, что требуемая прочность гарантирована.
Пример приготовления кладочного строительного раствора (пенополистиролраствора M100): готовили путем смешивания всех компонентов согласно изобретению, в следующей последовательности: отходы от пенополистирола измельчали до гранул размером 2-7 мм, в растворосмеситель подавали полученные гранулы в количестве 0,25% массовых частей раствора (МЧР) и жидкое стекло 0,41% МЧР с водой 0,41% МЧР, перемешивали 1-2 минуты, после этого вводили золу-унос в количестве 4,14% МЧР, перемешивали 1-3 минуты, до достижения равномерного распределения золы-унос на поверхности пенополистирольных гранул. Далее в смеситель к полученным модифицированным пенополистирольным гранулам вводили портландцемент 20,70% МЧР, песок 62,10 мас.%, остальную воду 11,99% МЧР и перемешивали в течение 3-5 минут. Марка полученного кладочного раствора по подвижности П2.
Из строительного раствора были изготовлены стандартные образцы по ГОСТ 5802, которые выдерживали в условиях естественного твердения в течение 28 суток. Сравнили с контрольными кладочными растворами и выбрали диапазон оптимального количества дробленых пенополистирольных гранул в пределах 0,25-0,56% массовых частей раствора. Теплопроводность определяли на измерителе теплопроводности электронном ИТП-МГ4 «100» в соответствии с руководством по эксплуатации. Среднюю плотность, среднюю прочность на сжатие, на изгиб, морозостойкость определяли по ГОСТ 5802. Полученные результаты представлены в таблице 1.5.
Кладочный строительный раствор по данной формуле получается связным, с равномерно распределенными компонентами смеси, легко наносится тонким слоем; пенополистирольные гранулы не оголяются, не всплывают, статическое электричество снято, прочность затвердевшего раствора соответствует маркам М100-М25, теплопроводность кладочного раствора снижается в 1,5-3,27 раз. Планируемый технический результат достигнут.
При отступлении от формулы состава кладочного раствора невозможно получить состава слитной структуры с равномерным распределением пенополистирольных гранул в смеси; нанести тонким слоем раствор. Либо теплопроводность изменяется незначительно и целесообразность усложнения технологии добавлением модифицированных пенополистирольных гранул исчезает.
1. Сырьевая смесь для кладочного строительного раствора, содержащая портландцемент, кварцевый песок, воду, отличающаяся тем, что смесь модифицирована отходами пенополистирола, дроблеными до гранул размером 2-7 мм, насыпной плотностью 38-40 кг/м3, жидким натриевым стеклом плотностью 1250 кг/м3 и золой-унос от сжигания бурого угля, смесь содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас.%:
| отходы пенополистирола, дробленые до гранул | |
| размером 2-7 мм, насыпной плотностью 38-40 кг/м3 | 0,25-0,56 |
| жидкое натриевое стекло плотностью 1250 кг/м3 | 0,415-0,9296 |
| зола-унос от сжигания бурого угля | 4,14-9,38 |
| портландцемент | 18,76-20,70 |
| песок кварцевый с наибольшей крупностью зерен 2,5 и | |
| модулем крупности 2,37 | 56,29-62,10 |
| вода | остальное |
2. Способ изготовления кладочного строительного раствора по п.1, заключающийся в предварительном смешивании отходов пенополистирола, дробленых до гранул размером 2-7 мм, насыпной плотностью 38-40 кг/м3, которые подают в растворосмеситель, добавляют жидкое натриевое стекло плотностью 1250 кг/м3 с водой в соотношении по массе 1:1, перемешивают 1-2 мин, вводят золу-унос от сжигания бурого угля и перемешивают 1-3 мин до достижения равномерного распределения золы-унос на гранулах, затем в смеситель с модифицированными пенополистирольными гранулами вводят портландцемент, песок кварцевый с наибольшей крупностью зерен 2,5, модулем крупности 2,37 и остальную воду, перемешивают 3-5 мин.
