СУХАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КОМПОЗИЦИОННОГО ЯЧЕИСТОГО БЕТОНА
DRY MIXTURE FOR MAKING COMPOSITE FOAM CONCRETE

Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано для изготовления неавтоклавного композиционного ячеистого бетона естественного твердения.
Известна сырьевая смесь «Поробетон», описанная в патенте РФ №2297993, МПК С04В 38/00, заявл. 29.08.2005, опубл. 27.04.2007. Поробетон получают отверждением сырьевой смеси, которая включает портландцемент, микрокремнезем, природный песок, волокнистый заполнитель - асбест, органическое искусственное волокно, воду и комплексный порообразователь, который, в свою очередь, включает два жидких (пастообразных) пенообразователя «Пенострим» и ПБ-2000, алюминиевую пудру и воду, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцемент
44-83,3
Хлористый натрий или кальций
0,005-0,01
Микрокремнезем
9-10
Природный песок
0-30
КПП
0,7-1,5
Волокнистый заполнитель
7-10
Вода
до В/Т 0,32-0,53
В процессе изготовления поробетона в качестве смесителя используют турбулентный смеситель «Турбо-0,25» с числом оборотов турбины в минуту 800-1000.
К основным недостаткам известной смеси следует, на наш взгляд, отнести то, что при ее изготовлении используют жидкие составляющие, которые в процессе смешивания приводят смесь в пастообразное состояние. Это ведет к необходимости использования специального оборудования (турбулентных смесителей определенной марки с миксерами, пенообразователей и пр.), к усложнению технологического процесса, к трудностям при производстве поробетона непосредственно на месте строительства, а также к необходимости самостоятельного поиска и приобретения нужных ингредиентов.
Наиболее близкой по составу к предлагаемой сырьевой смеси является «Сухая смесь для производства ячеистого газофибробетона», описанная в патенте РФ №2394007, МПК С04В 38/10, заявл. 22.08.2008, опубл. 19.07.2010.
Данная сухая смесь содержит: портландцемент, минеральный наполнитель, микрокремнезем, полипропиленовую фибру, порообразователь, суперпластификатор и модифицирующую добавку, состоящую из комбинации алюмосиликатных микросфер и одно- или многослойных углеродных нанотрубок в соотношении 1:10 при следующем соотношении компонентов,%:
Портландцемент
20-75
Минеральный наполнитель
7-75
Микрокремнезем
0-6
Суперпластификатор
0,1-2,5
Модифицирующая добавка
0,1-5
Порообразователь
0,002-0,45
Фибра (полипропиленовая)
до 1,5 кг на 1 м<sup>3</sup>
Суперпластификатор, используемый для изготовления смеси, изготовлен на основе натриевых солей, продуктов конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида.
Модифицирующая добавка состоит из комбинации алюмосиликатных микросфер и одно- или многослойных углеродных нанотрубок в соотношении 1:10.
К недостаткам известной сухой смеси, используемой при производстве ячеистого бетона, можно отнести: неоднократный (до 3-х раз) подъем смеси в течение двух часов, что приводит к некоторому снижению производительности, к неудобству в процессе заливки из-за необходимости постоянного контроля за точностью отметки высоты смеси; к недостаткам можно также отнести короткий срок годности сухой смеси (не более 1,5 месяцев).
Целью создания изобретения является получение сухой смеси для производства композиционного ячеистого бетона с улучшенными физико-механическими характеристиками, с более длительным сроком хранения, с возможностью использования непосредственно на строительной площадке, с постепенным плавным подъемом смеси и равномерным распределением пор одинакового размера.
Поставленная цель достигается тем, что сухая смесь для производства ячеистого бетона, включающая портландцемент, минеральный наполнитель, микрокремнезем, суперпластификатор, фибру полипропиленовую, порообразователь и воду, дополнительно содержит модифицирующую цеолитовую добавку, состоящую из комбинации цеолита и многослойных и однослойных нанотрубок, а порообразователь выполнен комплексным, состоящим из сухих газообразователя и пенообразователя.
Полученная сухая смесь имеет следующее соотношение компонентов, %:
Портландцемент
20,0-75,198
Минеральный наполнитель
10,0-74,0
Микрокремнезем
3,0-8,0
Суперпластификатор
0,4-0,7
Модифицирующая цеолитовая добавка
2,0-6,0
Фибра полипропиленовая
0,7-1,5 кг на 1м<sup>3</sup>
Комплексный порообразователь
0,002-0,65
Гидрофобизатор
0,1-1,0
При этом комплексный порообразователь содержит, %:
Сухой газообразователь
50
Сухой газообразователь
50
В свою очередь, газообразователь состоит из пудр алюминиевых марок ПАП-1 30% и ПАП-2 70%.
В качестве сухого пенообразователя используют сухой пенообразователь типа ОСБ, белковый пенообразователь «Биопор», техническую абиетиновую смолу, сульфанол хлорный.
2
2
Порообразователи предварительно смешиваются в пропорции 50/50 пенообразователь/газообразователь. Газообразователь, в свою очередь, представляет собой смесь пудр более крупного помола (ПАП-1 с кроющей способностью на воде, см/г - 7000) и мелкого (ПАП-2 с кроющей способностью на воде, см/г - более 10000), в соотношении 30/70 % соответственно.
Составы сухой смеси приведены под № 1-6 в табл. 1.
Введение в смесь гидрофобизатора способствует образованию на поверхности бетона прозрачной пленки, которая препятствует испарению влаги. Прозрачную поверхностную пленку образуют следующие ингредиенты: водные растворы щелочных мыл, растворы смол в летучих растворителях, водный раствор хлористого бария, кремнийорганические вещества, олеат натрия.
Выполнение порообразователя комплексным позволяет начать поризацию еще в процессе перемешивания, дальнейшее получение пор происходит с плавным подъемом смеси при постепенном включении в процесс порообразования поочередно - пенообразователя, далее наиболее мелкой алюминиевой пудры марки ПАП-2, а затем более грубой ПАП-1; это позволяет осуществлять процесс получения пор постепенно, стадийно, обеспечивая точность отметки заданной высоты заливки. Это повышает удобство и производительность работ.
При этом заявляемую смесь разбавляют водой в количестве 25-90 мас.% от веса сухой смеси.
Остальные компоненты сырьевой смеси:
2
4
2
2
2
3
2
3
2
2
2
5
3
2
- модифицирующая цеолитовая добавка, состоящая из комбинации цеолита, состоящего из тетраэдров SiO и AlO, соединенных вершинами в ажурные каналы, в полостях и каналах которых находятся катионы и молекулы HO. Например - основной состав природных цеолитов Сокирницкого месторождения (Украина) в %: SiO - 71,5; AlO - 13,1; FeO - 0,9; MnO - 0,19; MgO - 1,07; CaO - 2,1; NaO - 2,41; KO - 2,96; PO - 0,033; SO - следы, в качестве микропримесей содержат: никель, ванадий, молибден, медь, олово, свинец, кобальт и цинк, с удельной поверхностью 450-700 см/г, и многослойных и однослойных углеродных нанотрубок, полученных путем газофазного химического осаждения (каталитический пиролиз-CVD) газообразных углеводородов на катализаторах (Ni/Mg) при атмосферном давлении со следующими характеристиками: наружный диаметр 10-60 нм, внутренний диаметр 10-20 нм, длина 2 µм и более (например, углеродные многослойные нанотрубки «ТАУНИТ» производства ООО «НаноТехЦентр» Тамбовского государственного технического университета (Россия).
3
3
2
2
2
2
Портландцемент - должен соответствовать следующим требованиям: Стандарт по DIN1164 (Германия), BS 12(Англия) или АСТМ С150 (США), портландцемент без минеральных добавок и портландцемент с активными минеральными добавками. Требование к минералогическому составу: Силикат трикальция CS>50%, Алюминат кальция СА 7-10%, Алюмоферрит кальция C(AF)<10%, Удельная поверхность по Блейку 3000-4500, NO+KO<1%.
Минеральный наполнитель - в качестве минеральных добавок используются: золы-уноса от сжигания углей, золошлаковые смеси, кварцевый песок, известняк, а также смеси двух и более из перечисленных добавок. Минеральные добавки должны удовлетворять требованиям действующих стандартов или технических условий, в частности:
2
2
3
2
2
3
2
3
- строительные пески должны соответствовать стандарту ASTM С 778 (США), Standard Specification for Standard Sand с содержанием: SiO>75%, FeO<3%, CaO<5%, MgO<2%, NO+KO<2%, SO<3%, AlO<10%, потери при прокаливании <5%, хлориды <0.05%, глина по объему <3%. Практически любые строительные пески, применяемые для производства тяжелого бетона;
2
2
2
3
2
2
3
- золы-уноса должны соответствовать стандарту ASTM С618-08а (США) «Стандартная спецификация для угольной летучей золы и сырья или кальцинированных природных пуццоланов для использования в бетоне» с содержанием SiO>45%, AlОз<10-30%, FeO<10%, СаО<5%, MgO<2%, NO+КO<2%, SO<3%, потери при прокаливании <5%, хлориды <0.05% (пример - золы при сжигании Экибастузких углей, Казахстан);
- шлаки черной и цветной металлургии, соответствующие ГОСТу 5578-94 (РФ); щебень и песок из шлаков черной и цветной металлургии; шлаки черной и цветной металлургии представляют собой стеклянный сыпучий материал, образующийся при быстром охлаждении расплавленного доменного шлака путем погружения в воду. Это неметаллический продукт, состоящий из силикатов и алюмосиликатов кальция и других соединений, который получают в расплавленном состоянии одновременно с железом в доменной печи. Например, шлаки Нижнетагильского металлургического комбината (РФ).
2
2
3
3
2
2
2
3
- карбонатные породы должны соответствовать стандарту ASTM С294-56 (США). Например, доломит карьера г. Пугачев Саратовской области (РФ) с химическим составом СаО - 31,26%, MgO - 18,61%, SiO - 3,8%, FeO - 0,19%, SO - 0,12%, NaO - 0,06%, KO - 0,24%, АlО - 0,56%, потери при прокаливании составляют 44,19%.
- микрокремнезем (микросилика, silica fume) должен соответствовать стандартам JIS А 6207 (Японии), EN 13263 и ENV 205 (ЕС), CAN-CSA-A23, 5-М86 (Канада), представляет собой ультрадисперсный материал, состоящий из частиц сферической формы, получаемый в процессе газоочистки печей при производстве кремнийсодержащих сплавов. Основным компонентом материала является диоксид аморфной модификации. Микросилика - отходы металлургического производства. В качестве примера можно привести МКУ 85 производства ОАО «Кузнецкие ферросплавы» (РФ).
3
- комплексный порообразователь представляет собой активную добавку, образующую поры, - это алюминиевая пудра марок ПАП-1, ПАП-2 (например, продукция Волгоградского алюминиевого завода, РФ); пудра состоит из частиц алюминия, имеющих пластинчатую форму и покрытых тонкой оксидной и жировой пленкой. Пудра представляет собой легко мажущийся продукт серебристо-серого цвета, не содержащий видимых невооруженным глазом инородных примесей. Насыпная плотность пудры составляет около 0,15-0,30 г/см, содержание активного алюминия - 85-93%. Средняя толщина лепестков составляет приблизительно 0,25-0,50 мкм, а средний линейный размер 20-30 мкм. Насыпная плотность пудры, содержание активного алюминия и средний размер частиц не регламентируются, как и их производные, а также любой сухой порообразователь, в том числе пенообразователь.
- суперпластификатор марок С-3 (РФ), ″Майти 100″ (Япония), Сикамент, Мельмент (Германия), добавки на основе натриевых солей, продуктов конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида, а также все существующие супер- и гиперпластификаторы в сухом виде, соответствующие ASTM С-494.
Гидрофобизатор - это реагенты, которые образуют прозрачную пленку на бетоне с целью препятствия испарени влаги из ячеистого бетона, который становится гидрофобным (особенно актуально в странах с жарким климатом). Прозрачную поверхностную пленку образуют следующие материалы: водные растворы щелочных мыл, растворы смол в летучих растворителях, водный раствор хлористого бария, кремнийорганические вещества (ГКЖ - 11Н), олеат натрия (Liga Natriumoleat 90, производитель «Еврохим»).
Сухую смесь для производства композиционного ячеистого бетона готовят следующим образом.
Предварительно перемешивают компоненты порообразователя и пенообразователя. Данную смесь готовят отдельно.
В смеситель подают необходимые компоненты, такие как портландцемент, минеральный наполнитель, микрокремнезем, суперпластификатор, модифицирующую добавку, фибру и гидрофобизатор. К этим компонентам в смеситель вводят смесь порообразователя и пенообразователя, после чего все компоненты проходят стадию активации и гомогенизации.
К преимуществам предлагаемой смеси можно отнести: улучшение физико-механических характеристик ячеистого бетона, таких как прочность, морозостойкость и пониженная теплопроводность. Использование комплексного порообразователя позволило осуществлять процесс порообразования постепенно, спокойно. Процесс протекает более плавно, с равномерным распределением пор.
3
Полученный материал имеет объемный вес 200-1200 кг/м. При этом удалось добиться увеличения практически всех показателей на 35-40%. Существенная экономия себестоимости достигается за счет отсутствия автоклавной обработки и возможности не применять пропарку и прогрев.
Можно использовать вышеуказанную сухую смесь на местах строительства, разбавляя ее водой в количестве от 25 до 90 мас.% от веса сухой смеси и перемешивая на существующих механизмах и машинах, предназначенных для перемешивания и подачи бетонных смесей и растворов (например, Бетононасос Estrich Boy DC260/45).
Таблица 1
Виды компонентов сырьевой смеси и свойства ячеистого фибробетона
Содержание компонентов в сырьевой смеси в мас.%:
составы неавтоклавного ячеистого фибробетона с использованием цеолитовой модифицирующей нанодобавки
1
2
3
4
5
6
ПортланцементСЕМ 1 42,5 R
20
50
50
60
60
75,198
Минеральный наполнитель:
74
40
36
32
30
20
- зола, песок,  известняк
Микрокремнезем
3
4
8
3
4
-
Суперпластификатор С-3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.55
0.7
Модифицирующая цеолитовая нанодобавка
2
5
2
4
4.5
2
Гидрофобизатор
0.58
0.3
3.2
0.1
0.75
1.902
Фибраполипропиленовая, кг
0.7
0.7
0.7
0.7
0.7
0.7
Порообразователь
0.02
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
Вода в/т
0.405
0.367
0.425
0.44
0.401
0.48
Предел прочности при сжатии, кг/см<sup>2</sup>
26.6
35.6
31.1
34.23
31.6
36.8
Теплопроводность
0.10
0.10
0.10
0.11
0.11
0.11
Морозостойкость
>F50
>F50
>F50
>F50
>F50
>F50
Плотность, кг/см<sup>2</sup>
492
520
510
505
512
540