ДВУСЛОЙНОЕ СТРОИТЕЛЬНОЕ ИЗДЕЛИЕ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к строительству, в частности, к производству строительных материалов, и может быть использована в ландшафтном дизайне -фигурные камни для мощения и т.п.
Уровень техники
Для изготовления декоративных строительных изделий используют цветной архитектурный бетон с высокими показателями по основным физико-механическим свойствам при эксплуатации, так как изготовленные из него изделия подвергаются различным внешним воздействиям (атмосферным осадкам, воздействию переменной температуры и влажности воздуха, выхлопных газов). В настоящее время производство дорожных покрытий из бетонного камня широко развито. Известны две технологии производства тротуарной плитки: вибролитье с использованием пластифицирующих добавок и вибропрессование жестких смесей с низким водосодержанием.
Известно декоративное и облицовочное строительное изделие, полученное способом по патенту РФ №2114084, А1, 27.06.98, включающим приготовление декоративно отделочной смеси, нанесение приготовленной смеси на гладкую форму, укладку на нее изделия и твердение. При этом приготовление декоративно отделочной смеси осуществляют путем смешивания цемента, песка в соотношении 1:1-1:3 соответственно цемента и песка, при этом используют песок следующих фракций, мас.% 2-4 мм 55-70; 0,3-1,2 мм 25-30; 0,03-0,1 мм 20-25. Вводят песок при перемешивании последовательно: сначала фракцию 0,03-0,1, затем 2-4 и затем 0,3-1,2, одновременно, при введении песка фракции 2-4 мм, вводят пигмент, воду и
суперпластификатор, после чего приготовленную смесь толщиной слоя 5-50 мм заливают на гладкую форму и на слой уложенной смеси укладывают изделие, твердение осуществляют в течение 24-48 часов при 20-23°С.
3
2
3
2
Известно двухслойное строительное изделие (патент РФ №2017908, А1, 15.08.1994), включающее наружный декоративный слой и внутренний конструкционный слой с армокаркасом, причем слои выполнены из мелкозернистых бетонов, при этом мелкозернистый бетон декоративного слоя содержит следующие компоненты, мас.%: цемент 30,4-31,0, микрокремнезем с удельной поверхностью (20-40)•10 см/г - 1,5-3,0, кварцевый песок, фракций: 0,3-0,63 мм 1,5-2,5; 0,63-1,26 мм 10,0-10,5; 1,26-5,0 мм 38,5-40,5, отходы дробления чешуйчатого базальта и цветного гранитного щебня, взятые в соотношении 1:4, фракций: 0,14-0,3 мм 0,5-1,5; 0,3-2,5 мм 1,5-2,5; 2,5-5,0 мм 2,0-3,0, суперпластификатор "С-3" на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом 1,0-1,5, вода - остальное, а мелкозернистый бетон конструкционного слоя содержит следующие компоненты, мас.%: цемент 30,0-31,0, кварцевый песок фракций: 2,2-2,5 мм 38,5-40,5; 1,0-1,15 мм 10,0-10,5; 0,05-0,5 мм 1,5-2,5, микрокремнезем с удельной поверхностью (20-40)•10 см/г 1,5-3,0, отходы дробления чешуйчатого базальта фракций: 0,14-0,3 мм 0,5-1,5; 0,3-2,5 мм 1,5-2,5; 2,5-5,0 мм 2,0-3,0, суперпластификатор "С-3" на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом 1,0-1,5, вода - остальное. Способ изготовления двухслойного строительного изделия согласно указанному выше патенту включает нанесение на дно формы замедлителя схватывания бетона, последовательную укладку бетонных смесей декоративного и конструкционного слоев, установку внутреннего армокаркаса, уплотнение, термообработку, охлаждение и вскрытие фактурной поверхности, при этом после укладки бетонной смеси слоя декоративного
слоя ее подвергают вертикальной вибрации с частотой 950-1500 циклов/мин и амплитудой вертикальных колебаний 0,5-0,8 мм в течение 8-10 с, затем в форму помещают и фиксируют внутренний армокаркас и проводят укладку бетонной смеси конструкционного слоя и уплотнение с указанными параметрами вибрации в течение 4-6 с, после чего поверхность изделия закрывают герметизирующим щитом-пригрузом и проводят термообработку.
Известны также технические решения, относящиеся к изделиям, полученным вибропрессованием. Технология вибропрессования заключается в том, что на вибропрессе на бетонную смесь, находящуюся в прессформе, воздействуют давлением и задают заданные режимы колебаний, возбуждая вибрирование бетонной смеси. Метод высокопроизводителен, допускает высокую степень автоматизации, дает возможность производить тротуарную плитку с цветным слоем. Использование метода вибропрессования дает возможность производить двухслойную плитку с тонким цветным слоем, что сокращает расход пигментов для окрашивания и удешевляет готовое бетонное изделие.
Известен искусственный строительный камень, имитирующий природный камень (патент РФ №2175913, С2, 20.11.2001), полученный способом, включающим приготовление бетонных смесей, одна из которых окрашена, причем окрашенную смесь приготавливают в виде смесей нескольких цветов, соответствующих компонентам имитируемого материала, загрузку в условиях вибрации слоя неокрашенной бетонной смеси в форму, ее предварительное прессование и нанесение второго слоя окрашенной смеси, затем производят прерывистую загрузку на второй слой в условиях вибрации загрузочного ящика третьего, четвертого (и более) слоев окрашенных в разные цвета смесей, при этом происходит дискретное распределение смесей третьего и четвертого слоев. Цветные смеси третьего и четвертого слоев прерывисто с помощью вибраторов загруженные на второй слой обеспечивают
цветовую гамму поверхностного слоя искусственного строительного камня, характерную для природного камня.
Данное техническое решение обеспечивает повышение уровня имитации природного камня, но не направлено на решение задачи повышения эксплуатационных показателей изделий.
2
2
Ближайшим аналогом является вибропрессованное изделие с облицовочным слоем преимущественного из полусухих бетонных смесей, полученное способом по патенту РФ №2097177, С1, 27.11.1997. Способ включает укладку смесей в бездонную матрицу, предварительное и окончательное уплотнение под воздействиями колебательных и прессующих силовых импульсов соответственно подвижной рамы и пуансона формовочной установки и извлечение отформованного изделия. Согласно этому способу укладку полусухих бетонных смесей ведут в два этапа, чередуя последние с предварительным и окончательным процессами уплотнения, при этом на первом этапе укладки матрицу заполняют в течение 2,0-6,0 с полусухой бетонной смесью основного слоя под воздействием колебательных импульсов, а предварительное уплотнение производят прессующими силовыми импульсами пуансона с удельным давлением на поверхность смеси в матрице 120-250 г/см в течение 3,0-8,0 с до достижения плотности, превышающей в 1,1-1,2 раза первоначальную плотность полусухой строительной смеси основного слоя, а на втором этапе укладки производят досыпку в матрицу полусухой строительной смеси облицовочного слоя и осуществляют окончательное уплотнение в течение 15-25 с одновременными воздействиями колебательных импульсов подвижной рамы и прессующих импульсов пуансона с удельным давлением в 200-500 г/см на поверхность полусухой строительной смеси.
Ближайший аналог направлен на решение, во-первых, задачи повышения плотности, прочности, истираемости, снижения водопоглощения, морозостойкости изделия, а во-вторых, на снижение расхода минерального вяжущего.
Однако данное техническое решение не обеспечивает высоких эксплуатационных показателей изделия при последующей дробеструйной или пескоструйной обработке декоративного слоя для вскрытия фактуры лицевого слоя изделия.
Раскрытие полезной модели
Задачей, решаемой заявленной полезной моделью, является улучшение декоративно-художественных свойств изготавливаемых изделий при обеспечении высоких эксплуатационных показателей.
Для вибропрессования, посредством которого получены изделие - ближайший аналог и заявленное изделие, характерно использование полусухих бетонных смесей с пониженным водоцементным отношением (в/ц). Снижение водоцементного отношения позволяет при уменьшенном содержании цемента изготавливать изделия высокой прочности с высокими характеристиками морозостойкости, низким водопоглощением и истираемостью. Изделиям, изготовленным на вибропрессах, характерна точность геометрических размеров и стабильность основных эксплутационных параметров.
Однако в известных технических решениях декоративно-художественные свойства изделий во многом определяются цветом декоративного слоя бетона, который зависит не только от используемых пигментов, но и от соотношения воды и цемента, и количества цемента в бетоне. Чем выше соотношения воды и цемента, тем светлее кажется бетон. Как правило, для изготовления тротуарной плитки используется бетон с водоцементным отношением (в/ц) не более 0.4.
При использовании известных технологий при производстве плитки методом вибропрессования, для получения бетонов насыщенных цветов необходим большой
расход пигментов и использование, как правило, белого цемента. Обычно в бетон добавляют до 8% пигментов, пигментов с хорошей красящей способностью можно добавлять от 0,5%.
Поставленная задача в заявленной полезной модели решается за счет использования предложенных исходных ингредиентов полусухой бетонной смеси лицевого слоя строительного изделия в сочетании с составом основного слоя и введением операции вскрытия фактуры лицевого слоя изделия пескоструйной или дробеструйной обработкой.
Двухслойное строительное изделие, полученное вибропрессованием, включает декоративный лицевой и основной слои, изготовленные из жестких бетонных смесей, при этом смесь для основного слоя содержит, масс.%:
Цемент
- 13,1-13,2
Гравий крупностью 3-10 мм
- 39,6-39,9
Песок Мк 2,5-3,0 мм
- 43,4-43,7
Вода
- остальное,
Для изготовления лицевого слоя изделия использована жесткая бетонная смесь следующего состава, масс.%:
Цемент
- 18,2-18,6
Мука кварцевая или
Доломитовая
- 1,1-2,9
Заполнитель декоративный
- 71,0-75,8
Вода
- остальное,
причем в качестве заполнителя использованы смесь песка, серпентинита, гранита декоративного и мрамора, или смесь песка, амфиболита, серпентинита и мрамора, или смесь песка, амфиболита, гранита и мрамора.
В состав жесткой бетонной смеси для изготовления лицевого слоя изделия может быть введен пигмент в количестве, масс.%, 0,37-0,56.
В качестве заполнителя в состав жесткой бетонной смеси для изготовления лицевого слоя изделия может быть использована смесь следующих ингредиентов: песок, серпентинит, гранит декоративный, мрамор в соотношении 1,5:1,0:1,7:1,1 фракций 0,9-7,0 мм.
В качестве заполнителя в состав жесткой бетонной смеси для изготовления лицевого слоя изделия может быть использована смесь следующих ингредиентов: песок, амфиболит, серпентинит, мрамор в соотношении: 1,0:1,5:1,1:1,2 фракций 0,9 -7,0 мм, при этом в состав смеси введен пигмент темно-коричневый в количестве не менее 0,35% масс.
В качестве заполнителя в состав жесткой бетонной смеси для изготовления лицевого слоя изделия может быть использована смесь следующих ингредиентов: песок, амфиболит, гранит, мрамор в соотношении: 1,4:1,0:1,0:3,1 фракций 0,9-7,0 мм, при этом в состав смеси введен пигмент темно-коричневый в количестве не менее 0,50% масс.
В качестве заполнителя в состав жесткой бетонной смеси для изготовления лицевого слоя изделия может быть использована смесь следующих ингредиентов: песок, серпентинит, гранит декоративный, мрамор в соотношении: 1,3:1,3:1,5:1,0 фракций 0,9-7,0 мм.
В качестве заполнителя в состав жесткой бетонной смеси для изготовления лицевого слоя изделия может быть использована смесь следующих ингредиентов: песок, амфиболит, серпентинит, мрамор в соотношении: 1,3:1,4:1,0:1,1 фракций 0,9 -7,0 мм, при этом в состав смеси введен пигмент темно-коричневый в количестве не менее 0,55% масс.
При изготовлении двухслойного изделия в матрицу уложена бетонная смесь основного слоя в течение 2,0-6,0 при осуществлении колебательных движений и уплотнена предварительной вибрацией импульсами с удельным давлением в 120-250
2
2
г/см в течение 0,5-5,0 с, затем поверх бетонной смеси основного слоя уложена бетонная смесь лицевого слоя и окончательно уплотнена в течение 3,0-12,0 с удельным давлением в 110-400 г/см до получения плотности материала изделия 1,2-1,5 от исходной плотности бетона.
Указанные в формуле полезной модели пределы содержания ингредиентов обусловлены следующими причинами. При уменьшении содержания цемента менее 0,24-0,26 от количества декоративного наполнителя, несмотря на наличие 1-3% кварцевой или доломитовой муки, возможно неполное и неплотное заполнение пространства между зернами наполнителя, образование пор, раковин. При увеличении содержания цемента (уменьшении количества декоративного заполнителя) снижается декоративная выразительность фактурной поверхности лицевого слоя и делается более трудоемкой процесс обнажения фактурной поверхности изделия. Предложенный состав смеси для изготовления лицевого слоя изделия обеспечивает также надежное сцепление с основным бетонным слоем.
Техническим результатом от использования полезной модели является улучшение декоративно-художественных свойств лицевых поверхностей строительных изделий за счет восприятия их как изделий из натуральных камней при обеспечении высоких эксплуатационных показателей - прочности и долговечности изделия, в том числе высокой устойчивости к поверхностным повреждениям и высолам, снижение водопоглощения, истираемости и обеспечение высокой морозостойкости, снижение материалоемкости и стоимости (минимизации количества используемых пигментов), возможность использования не только белого, но и серого цемента без снижения декоративных свойств изделия.
В результате поверхность изделия, обнаженная дробеструйной или пескоструйной обработкой, имеет качественную фактуру и в том числе высокую декоративную выразительность, готовые изделия, изготовленный из предложенных
составов, имеют фактуру с равномерно распределенным наполнителем. При этом высокие эксплуатационные показатели получаемых изделий определяются низким водоцементным отношением (0,24-0,30) и тем, что вследствие использования в составе смеси кварцевой или доломитовой муки (с содержанием не менее 80% фракций не более 0,1 мм), заполняющей в процессе уплотнения смеси при формовании пространство между фрагментами наполнителя, за счет чего в лицевом слое готового изделия отсутствуют поры. Оптимально подобранный состав лицевого слоя позволяет в процессе изготовления изделия распределить и упаковать меньшие по размеру частицы песка и кварцевой (или доломитовой) муки в промежутках между большими по размеру фракциями наполнителя. Вследствие этого образуется оптимальная макроструктура смесей и это определяет низкое водопоглощение, истираемость, высокую морозостойкость изделия.
Известные технические решения, например, авторское свидетельство SU 1742066, патент RU 2166037, патент RU 2058893, в которых используют операции (фрезерование, пескоструйная обработка) для обнажения фактурной поверхности строительного изделия, не обеспечивают повышения физико-механических характеристик при одновременном получении требуемого декоративного эффекта. Заявленная полезная модель (материал изделия - составы смесей) разрабатывалась специально под последующую дробеструйную или пескоструйную обработку с тем, чтобы получить высокую плотность бетона, отсутствие пористости. Это существенно не только для снижения водопоглощения, истираемости и повышения морозостойкости, но также обеспечивает высокое качество поверхности, ее монолитность, плотное прилегание частиц наполнителя друг к другу, отсутствие поверхностных дефектов (пористости, сколов) даже после дробеструйной или пескоструйной обработки. Готовые изделия, кроме эффектного декоративного вида и упомянутых выше высоких эксплуатационных показателей, имеют шершавую, не
скользкую поверхность, что является одной из важных эксплуатационных характеристик тротуарной плитки.
Осуществление полезной модели
Изготовление вибропрессованных двухслойных строительных изделий с лицевым слоем осуществляют в вибропрессе.
Предварительно в отдельных смесителях приготавливают жесткие бетонные смеси основного и лицевого слоев. После приготовления, смеси подаются в бункера вибропресса. Далее, посредством транспортных тележек, бетон доставляется в пресс-форму. Матрица прижимает технологический поддон к вибростолу пресса, после загрузки смеси в матрицу опускается пуансон, и включаются вибраторы вибростола и пуансона.
Укладку основного и лицевого слоев осуществляют в два этапа. Укладывают бетонную смесь основного слоя изделия, после укладки бетонной смеси основного слоя проводят предварительное уплотнение смеси, затем поверх основного укладывают бетонную смесь лицевого слоя и осуществляют процесс окончательного уплотнения, при этом матрица обеспечивает формование стенок изготавливаемого изделия. Формование изделий происходит на сменных технологических поддонах, подаваемых затем в камеры выдержки.
Изменением параметров частоты и амплитуды вибрации вибростола и пуансона, наполнением матрицы смесью, задают требуемые режимы уплотнения смесей, обеспечивающие получение изделий высокой прочности. Пуансон может иметь на своей поверхности рисунок, который отпечатывается на лицевой поверхности тротуарной плитки.
Первый этап осуществления способа - приготовление бетонной смеси.
Для приготовления основного слоя строительного изделия используют бетонную смесь следующего состава, мас.%:
Цемент серый
- 13,1-13,2
Гравий фракций 3-10 мм
- 39,6-39,9
Песок Мк 2,5-3,0
- 43,4-43,7
Вода
- остальное
Приготовление бетонной смеси основного слоя осуществляют, например, смешением 300 кг цемента М500 с 1090 кг мелкого заполнителя в виде песка с модулем крупности 2,5-3,0 мм без подачи воды в течение 20-50 с. После определения водоцементного отношения (далее - в/ц).подается вода, для достижения в/ц 0,24-0,3.
Лицевой слой изделия выполняют из бетонной смеси следующего состава, мас.%:
Цемент
- 18,2-18,6
Мука кварцевая или доломитовая крупностью не более
0,1 мм (80%)
- 1,1-2,9
Заполнитель декоративный крупностью 0,9-7,0 мм
- 71,0-75,8
Пигмент
- 0-0,56
Вода
- остальное
В качестве заполнителя использована смесь песка, серпентинита, гранита декоративного и мрамора, или смесь песка, амфиболита, серпентинита и мрамора, или смесь песка, амфиболита, гранита и мрамора
Приготовление бетонной смеси лицевого слоя осуществляют, например, смешением 420 кг цемента М500 с 50 кг кварцевой или доломитовой муки крупностью 0,1 мм (не менее 80% от массы муки), и 1650 кг заполнителя (мрамор, декоративный
гранит, серпентинит, амфиболит, декоративный крупный песок и т.п.) при введении воды до достижения в/ц 0,24-0,35.
В случае использования пигмента, он подается примерно за 30 секунд до подачи цемента. При необходимости вводят гидрофобные, декоративные или иные добавки. Оптимальный режим перемешивания: кварцевая мука+пигмент - 15-20 с; кварцевая мука+пигмент+заполнитель - 15-20 с; кварцевая мука+пигмент+заполнитель+цемент - около 20 с; кварцевая мука+пигмент+заполнитель+цемент+вода+добавки - 1-1,5 мин. Всего - 2-2,5 мин.
Второй этап - процесс формования.
2
2
Посредством дозирующих устройств сначала укладывают в матрицу бетонную смесь основного слоя в течение 2,0-6,0 при осуществлении колебательных движений транспортной тележки. Затем предварительной вибрацией уплотняют уложенную в матрицу бетонную смесь основного слоя импульсами с удельньм давлением в 120-250 г/см в течение 0,5-5,0 с до достижения начальной требуемой плотности. Второй этап предусматривает укладку поверх бетонной смеси основного слоя бетонной смеси лицевого слоя и окончательное уплотнение в течение 3,0-12,0 с воздействием пуансона и вибростола пресса, с удельным давлением в 110-400 г/см. Плотность материала изделия после завершения процесса окончательного уплотнения составляет 1,2-1,5 исходной плотности бетона.
Третий этап - твердение.
Технологические поддоны с отформованными изделиями подаются в камеры выдержки. Допускается твердение изделий, изготовленных из заявленных смесей, в условиях производственного помещения, таким образом, что позволяет значительно снизить расходы на тепловую обработку изделий.
Изделия снимаются с технологических поддонов по достижению прочности бетона не менее 15.0-20.0 МПа (через 5-8 часов), затем освободившиеся поддоны повторно подаются на формовочный участок и цикл повторяется.
Четвертый этап - вскрытие фактурной поверхности лицевого слоя изделия.
Затвердевшие изделия подвергаются дробеструйной или пескоструйной обработке, обнажающей фактурную поверхность изделия из натуральных камней. Возможна также пескоструйная обработка.
Заявленные составы смесей позволяют получить негладкую поверхность изделия, образованную заполнителем из смеси натуральных камней, плотно прилегающих друг к другу, без пор и раковин.
Полезная модель иллюстрируется примерами выполнения, представленными в табл.1 (состав бетона лицевого слоя в мас.%).
Таблица 1
Состав смеси для декоративного слоя
Примеры
№1
№2
№3
№4
№5
Цемент серый («Оскольский»)
-
-
-
-
18,2-18,4
Цемент белый («Щуровский»)
18,3-18,6
18,3-18,5
18,4-18,6
18,4-18,6
-
Мука кварцевая или доломитовая
2,8-2,9
1,1
2,84-2,88
1,1
1,1
Песок
20,6-20,8
15,5-15,6
18,6-18,8
20,4-20,6
16,5-16,7
Амфиболит
-
23,5-23,8
-
18,4-18,6
11,7-11,8
Серпентинит
13,8-13,9
17,4-17,6
18,9-19,1
16,0-16,2
-
Гранит декоративный
23,6-23,9
-
18,4-18,6
-
11,7-11,8
Мрамор
15,3-15,5
18,3-18,5
14,0-14,2
16,9-17,1
35,8-36,2
Пигмент
-
0,37
-
0,55-0,56
0,55
Вода
Остальное
Остальное
Остальное
Остальное
Остальное