СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕКОРАТИВНЫХ БЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
METHOD OF FABRICATING DECORATIVE CONCRETE ARTICLES

Изобретение относится к области изготовления декоративных бетонных изделий и может быть использовано в промышленности строительных материалов.
В настоящее время существует несколько способов изготовления декоративных бетонных изделий с использованием в качестве источника энергии экранных печей, газопламенного факела, плазменного факела, луча лазера.
Известен способ изготовления декоративных бетонных изделий путем оплавления лицевой поверхности плазменным факелом с последующей тепловлажностной обработкой и твердением в течение 28 суток [1].
[A.C. 1705090. Способ изготовления декоративных бетонных изделий. / Бессмертный B.C., Ходыкин А.П., Бурлаков Н.М., Травкин В.М., Крохин В.П. Заявлено 03.05.89. Опубл. 15.01.92. Бюл. №2. - Приоритет от 03.05.89]
Однако, несмотря на неплохое качество конечного продукта, способ имеет следующие недостатки: длительность и энергоемкость процесса, значительное количество брака в виде сколов и отслоений глазурного слоя.
Наиболее близким техническим решением является способ изготовления декоративных бетонных изделий, заключающийся в предварительной подготовке смеси промежуточного слоя, укладке бетонной смеси и смеси промежуточного слоя, выдержке и тепловлажностной обработке изделий, плазменном оплавлении их лицевой поверхности при мощности работы плазмотрона 20,34-25,30 кВт.
Недостатком данного способа является высокая энергоемкость процесса, низкая скорость прохождения плазменной горелки по лицевой поверхности изделия, равная 0,05 м/с, и относительно низкое качество глазурного слоя [2]. [Громов Ю.Е., Лежепеков В.П., Северинова Г.В. Индустриальная отделка фасадов зданий. - М.: Стройиздат, 1980, - с.61-64]
Преимуществом предлагаемого способа является повышение качества конечного продукта, ускорение процесса оплавления лицевой поверхности, снижение энергоемкости производства и, как следствие, получение высококачественной конкурентоспособной продукции.
Поставленная цель достигается тем, что промежуточный слой готовят из смеси боя стекла, жидкого стекла и воды, а плазменное оплавление лицевой поверхности изделий проводят при мощности работы плазмотрона 9 кВт и скорости прохождения плазменной горелки по лицевой поверхности 0,1 м/с.
Отличительным признаком предлагаемого способа является устранение процессов дегидратации поверхностного слоя и последствий термического удара за счет использования промежуточного слоя на основе боя стекла с жидким стеклом и водой. Это позволяет увеличить скорость прохождения плазменной горелки по лицевой поверхности изделий и снизить энергозатраты.
В известном способе промежуточный слой готовят из легких бетонов с заполнителями из керамзита и перлита. Промежуточный слой наносится на поверхность бетона и подвергается плазменному оплавлению. В процессе плазменного оплавления необходима высокая мощность работы плазмотрона и низкая скорость прохождения плазменной горелки по поверхности изделий для получения однородного расплава из дегидратированных продуктов промежуточного слоя и наполнителя. В поверхностном оплавленном слое изделий из бетона под действием высоких температур протекают процессы дегидратации, которые разупрочняют промежуточный слой. Это существенно снижает прочность сцепления оплавленного слоя с основой.
Именно величина прочности сцепления оплавленного слоя с основой определяет долговечность и качество изделий из бетона.
В предлагаемом способе с целью устранения последствий термического удара и дегидратации цементного камня промежуточного слоя последний изготавливают из смеси боя стекла, жидкого стекла и воды. Промежуточный слой под действием высоких температур плазменного факела расплавляется с образованием высококачественной лицевой поверхности и предотвращает бетон от дегидратации и разрушения, а также защищает от термоудара изделие из бетона.
Изобретательский уровень предлагаемого способа подтверждается тем, что устранение последствий термического удара и дегидратации цементного камня за счет нанесения промежуточного слоя из смеси боя стекла с жидким стеклом и водой позволяет не только получить высококачественное изделие с высокой прочностью, но и ускорить процесс и снизить энергозатраты.
Проведенный анализ известных способов изготовления декоративных бетонных изделий позволяет сделать заключение о соответствии заявляемого изобретения критерию «новизна».
Сопоставительный анализ технологических операций предлагаемого и известного способов представлен в табл.1. Как видно из табл.1, в известном способе достаточно трудоемкой и дорогостоящей операцией является нанесение на поверхность панели водного раствора оксидов металлов или глазурного шликера. Наиболее важным являются операции приготовления промежуточного слоя и оплавление лицевой поверхности плазменной горелкой. Именно технологическая операция оплавления лицевой поверхности является определяющей в способе изготовления декоративных бетонных изделий.
Таблица 1
Сопоставительный анализ технологических операций предлагаемого и известного способов [2], с.61-62
Предлагаемый способ
Известный способ
1
2
1. Приготовление промежуточного слоя молотого боя стекла, жидкого стекла, воды
1. Приготовление смеси промежуточного слоя из керамзитового или перлитового песка, цемента и воды
↓
↓
2. Укладка в форму бетонной смеси и закладных деталей; укладка лицевого слоя из тяжелого бетона толщиной 3 см (уровень заполнения 2 см от верхней кромки)
2. Укладка в форму бетонной смеси и закладных деталей; укладка лицевого слоя из тяжелого бетона толщиной 3 см (уровень заполнения 2 см от верхней кромки)
↓
↓
3. Укладка смеси промежуточного слоя на уложенную бетонную смесь толщиной 3,0-3,5 см в рыхлом состоянии
3. Укладка смеси промежуточного слоя на уложенную бетонную смесь толщиной 3,0-3,5 см в рыхлом состоянии
↓
↓
4. Уплотнение смеси промежуточного слоя в уровень с кромкой формы
4. Уплотнение смеси промежуточного слоя в уровень с кромкой формы
↓
↓
5. Выдержка и тепловлажная обработка панелей
5. Выдержка и тепловлажная обработка панелей
↓
↓
6. Оплавление лицевой поверхности плазменной горелкой со скоростью 0,1 м/с
6. Нанесение на поверхность расплавленной панели водного раствора оксидов металлов или глазурного шликера для придания заданного цвета
↓
7. Оплавление лицевой поверхности электродуговой горелкой (плазменной горелкой)* со скоростью 0,05 м/с
* - примечание авторов
Оптимальными условиями оплавления лицевой поверхности бетонных изделий, экспериментально полученными, является мощность работы плазмотрона 9 кВт при скорости прохождения плазменной горелки 0,1 м/с (табл.2).
Таблица 2
Оптимальные параметры плазменного оплавления лицевой поверхности изделий из бетона.
№ п/п
Мощность работы плазматрона, кВт
Расход плазмообразующего газа, л/мин
Скорость прохождения плазменной горелки, м/с
Прочность сцепления оплавленного слоя с основой, МПа
1.
7
20
0,025
1,96
0,050
2,18
0,075
2,49
0,100
2,81
0,125
2,71
2.
8
20
0,025
2,07
0,050
2,37
0,075
2,61
0,100
2,96
0,125
2,65
3.
9*
20*
0,025
2,68
0,050
2,84
0,075
3,02
0,100*
3,24*
0,125
3,06
4.
10
20
0,025
2,13
0,050
2,53
0,075
2,79
0,100
3,01
0,125
2,83
* - оптимальный режим
Сопоставительные данные показателей качества и технологических параметров предлагаемого и известного способов представлены в табл.3.
Таблица 3
Показатели качества и технологические параметры предлагаемого и известного способов.
№ п/п
Показатели
Ед. измерения
Предлагаемый способ
Известный способ [2]
1
2
2
4
5
1
Энергозатраты (мощность работы плазмотрона)
кВт
9
20,3-25,3
113×180=20300 Вт=20,3 кВт
110×230=25300 Вт=25,3 кВт
2
Скорость прохождения плазменной горелки
м/с
0,100
0,05
3
Прочность сцепления оплавленного слоя с основой
МПа
3,24
-
4
Качество оплавленного слоя
С ровным разливом
Потеки расплава, бугристость [2, с.62]
5
Плазмообразующий газ
Аргон
Аргон
6
Средняя толщина оплавленного слоя
мм
0,3-0,5
0,3-0,8
Пример. Изготовление декоративных бетонных изделий.
В форму для производства панелей стандартных размеров 2,76×3,18 укладывали тяжелый бетон.
Предварительно готовили смесь для промежуточного слоя. Молотый бой листового стекла смешивали в растворомешалке с жидким стеклом и водой в соотношении: бой стекла : жидкое стекло : вода = 10:2:3
Укладывали в форму на поверхность тяжелого бетона смесь промежуточного слоя толщиной 3,0 см в рыхлом состоянии.
Уплотняли валиком смесь промежуточного слоя в уровень с кромкой формы.
Форму выдерживали в течение 2-х часов и проводили тепловлажную обработку по стандартным заводским параметрам.
Освобождали изделие из формы и проводили оплавление лицевой поверхности плазменной горелкой ГН-5р электродугового плазмотрона УПУ-8м со скоростью 0,1 м/с.
Полное оплавление лицевой поверхности панели производили за тридцать проходов плазменной горелки ГН-5р. Плазмообразующим газом служил аргон, расход которого составлял 20 л/мин. После плазменного оплавления на лицевой поверхности панели образовался высококачественный глазурный слой толщиной 0,3-0,5 мм.
После плазменного оплавления лицевой поверхности панели определяли прочность сцепления покрытия с основой.
Пример осуществления контроля качества.
Для определения прочности сцепления оплавленного слоя готовили 5 образцов размером 60×60×60 мм по технологии, указанной в примере.
К оплавленной поверхности пяти образцов приклеивали эпоксидной смолой пять металлических стержней длиной 150 мм и площадью 1 см. После полимеризации эпоксидной смолы в течение 24 часов приступали к определению прочности сцепления оплавленного слоя с основой на разрывной машине К-0,5. Изделия с металлическими стержнями закрепляли в специальных зажимах разрывной машины. После равномерного нагружения происходил отрыв оплавленного слоя. Прочность сцепления оплавленного слоя определяли как среднее арифметическое пяти измерений:
p3
σ=(3,25+3,24+3,26+3,22+3,25)/5=3,24 МПа.