Состав и способ изготовления теплоизоляционного бетона
COMPOSITION AND METHOD FOR MANUFACTURING HEAT-INSULATING CONCRETE

Изобретение относится к области строительства, а именно к строительным материалам, в частности, теплоизоляционным бетонам используемым в промышленном, гражданском строительстве, также в отраслях добычи и транспортировки нефти и газа, в качестве теплоизоляции.
Известен пеноглинобетон [1], полученный путем смешения воды, глины, цемента и добавки, извести в количестве 1-3% от объема глины. Затем полученный раствор перемешивают с морской водой в количестве 1-2% от массы цемента и последующим перемешиванием с пеной на основе пенообразователя.
Недостатком является большой расход применяемых вяжущих материалов извести и цемента в пеноглинобетоне, что удорожает стоимость материала. Кроме того, содержание извести и морской воды в пеноглинобетоне приводит выделению щелочи и нерастворимых солей на поверхности изделий при эксплуатации, т.е. образованию белого налета высолов. При периодическом увлажнении данная реакция повторяется, приводит к повторному вымыванию элементов структуры, следовательно, уменьшению прочности структурных связей.
2
2
2
Известен также теплоизоляционный бетон [2] включающий цемент, пенообразующую добавку, воду, монтмориллонитовую глину, содержащую не менее 60% минерала (Al,Mg)(OH)HO и в качестве пенообразующей добавки содержит добавку «НИКА».
2
2
2
Недостатком известного теплоизоляционного бетона является применение монтмориллонитовой глины с содержанием минерала (Al,Mg)(OH)HO, которая является дефицитным и дорогостоящим материалом, а также большой расход цемента, что обуславливает высокую стоимость теплоизоляционного бетона и ограничивает его применение.
2
3
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности признаков (прототип) является теплоизоляционный бетон [3], включающий цемент, глинопорошок с удельной поверхностью 1800-2000 см/г с содержанием глинистых частиц не более 50%, пенообразующей добавки -пенообразователь на основе алкилсульфатов с плотностью 1,0-1,2 г/см при следующем соотношении, мас.%:
Цемент
33,0-39,7
Глинопорошок
14,2-19,2
Пенообразователь
0,30-0,75
Вода
42,5-50,4
Недостатком указанного теплоизоляционного бетона является низкая прочность при таком большом содержании цемента в его составе. Из-за применения природного молотого глинопорошка с содержанием глинистых частиц до 50%, при увлажнении теплоизоляционного материала, глинистые частицы в нем гидратируются и разбухают, что приводит к разрушению пеноструктуру материала.
2
Технический результат, заключающийся в устранении указанных недостатков достигается тем, что теплоизоляционный бетон, включающий цемент, глинопорошок, пенообразователь и воду, взамен глинопорошка содержит молотую бентонитовую глину удельной поверхности 2500-3000 см/г и дополнительно коллоидный нанодисперсный полисиликат натрия с силикатным модулем 6,5 и модификатор «ДС-35» при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цемент
24,45-27,85
Тонкомолотую бентонитовую глину
24,45-27,85
Коллоидные нанодисперсные полисиликаты натрия
2-4
Модификатор «ДС-35»
0,43-0,49
Пенообразователь
0,30-0,75
Вода, В/Т
42,97-44,46
2
Способ изготовления теплоизоляционного бетона из указанного выше состава заключался в том, что изначально в лабораторных условиях изготавливали полисиликаты натрия с силикатным модулем 6,5, который, согласно пат. РФ 2124475 (пример 1), получали путем введения в 20%-ный водный раствор силиката натрия 16%-го гидрозоля диоксида кремния при их соотношении 1:1.5, путем перемешивания при 95°С, в течение 1.5 ч с последующей выдержкой 0,5 ч. Затем отдозированные сухие тонкомолотые компоненты различного состава (табл. 1), состоящие из портландцемента М 400 и тонкомолотой бентонитовой глины до удельной поверхности 2500-3000 см/г засыпали в смеситель принудительного перемешивания для совместного сухого смешивания в течение 3-4 минут, после чего последовательно заливали коллоидные нанодисперсные полисиликаты натрия и раствор в воде модификатора «ДС-35», для мокрого перемешивания в течение 2-3 минут. Далее при одновременном перемешивании в изготовленную сметанообразную массу вводили пену, полученную из пенообразователя на основе алкилсульфатов с плотностью 1,0-1,2 г/см для окончательного изготовления пеномассы. Заключительным этапом процесса является розлив пеномассы в формы, выдержка в течение 3 суток и распалубка.
Химический и минералогический составы используемой бентонитовой глины приведены в таблицах 2,3.
Откуда следует, что главнейшими слагающими минералами являются монтмориллонит, кварц, глины, и некоторые другие. Здесь ведущее место занимает монтмориллонит. Поэтому, рассматриваемые бентонитовые глины можно называть монтмориллонитовыми, а слагающие их минералы - минералами монтмориллонитовой группы. Чем больше в смеси монтмориллонита, тем выше ее гидрофильность, особенность этого сорта глины. Также этот материал нетоксичен и обладает хорошей химической стойкостью, поэтому его часто применяют во многих сферах промышленности, в том числе при строительстве.
Применяемые в качестве добавки коллоидные нанодисперсные полисиликаты представляют переходную область составов от жидких стекол к кремнезолям и классифицируются как наноматериалы.
Структурным элементом полисиликата является кремнекислородный тетраэдр, который является основной полимерной составляющей полисиликатов.
Основным отличием полисиликатов от жидких стекол (высокощелочных силикатных систем) является их полимерная форма, представляющая кремнеземные частицы размером от 4 до 5 нм. Полимерная форма составляет 60% и более от общего содержания кремнезема, что обеспечивает высокие прочностные свойства образующихся гелевых структур. Эффективность полисиликатов в 4 раза выше эффективности жидких стекол - водных растворов силикат глыбы, что позволяет использовать технологические растворы с более низкой концентрацией.
Дополнительно вводимый в состав теплоизоляционного бетона модификатор «ДС-35» представляет собой водную дисперсию винилацетат акрилового сополимера с низковязкой средой без содержания растворителей и пластификаторов, полученный путем полимеризации мономеров в жидкой фазе с определенной рецептурой. Физико-химические характеристики данного модификатора представлены в табл. 4.
На основе теоретических и экспериментальных исследований была изготовлена серия образцов из выше предлагаемых составов и способу полученной пеномассы в виде кубов размерами 10×10×10. Образцы были испытаны на прочность при сжатии и определены теплофизические свойства образцов. Полученные данные приведены в таблице 1. Там же приведены аналогичные характеристики теплоизоляционного бетона-прототипа.
Полученные данные свидетельствуют о том, что при практически равной средней плотности, прочность образцов, из предлагаемого теплоизоляционного бетона, на 60% выше прочности образцов аналогичного теплоизоляционного бетона-прототипа из природного молотого глинопорошка. При этом коэффициент теплопроводности предлагаемого теплоизоляционный бетон на 14% ниже, чем аналогичные показатели свойств - прототипа. Все это обусловлено тем, что:
- во-первых, используемые нами бентонитовые глины относятся монтмориллонитовой группы (смектиты), следовательно, они обладают практически всеми свойствами природных наноразмерных частиц, что способствует активному взаимодействию с другими компонентами смеси, тем самым образованию теплоизоляционного бетона с высокими показателями свойств.
- во-вторых, коллоидные нанодисперсные частицы полисиликата натрия активно выступая в реакцию со свободной известью, имеющиеся в портландцементе повышает прочность цементного камня, образуя водонерастворимые силикаты кальция. Не исключаются также образования аналогичных соединений со свободными оксидами имеющиеся в бентонитовой глине. Кроме того полимерная форма полисиликатов натрия, которая составляет более 60% от общего содержания кремнезема, обеспечивает высокие прочностные свойства образующихся гелевых структур.
- в третьих, с введением в смесь, бентонитовой глины и гидравлического вяжущего, оптимального соотношения модификатора «ДС-35», акриловый сополимер которого, вступая в реакцию с химически связанной водой в глинообразующих минералах, образует химически стойкие и прочные соединения, придающие глине более высокую плотность, с образованием первично структурного каркаса из двойных солей и гидратов и гидроксисолей, с возрастанием гидросиликатами кальция, и в конечном итоге создавая камнеподобный материал очень высокой прочности, и очень низкой водопоглощающей способности.
3
Все это обусловлена лучшим совместным взаимодействием между мелкодисперсными частицами тонкомолотой бентонитовой глины с портландцементом, нанодисперсными частицами вводимых добавок и пеной на основе пенообразователя - алкилсульфатов с плотностью 1,0-1,2 г/см.
Кроме улучшения свойств предлагаемого теплоизоляционного бетона введение в состав, взамен молотого глинопорошка, тонкомолотой бентонитовой глины и дополнительно добавок коллоидные нанодисперсные полисиликаты натрия и модификатора «ДС-35», способствует снижению расхода портландцемента, а это в целом приводит к снижению стоимости теплоизоляционного материала.
Источники информации
1. Патент РФ №2098391, С 04 В 38/10, опублик. 1997 г.
2. Патент РФ №2145586, С04В 38/10, опублик. 1999 г.
3. Патент РФ №2234484, С04В 38/10, опублик. 20.08.2004 г.