СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ЯЧЕИСТЫХ ИЗДЕЛИЙ АВТОКЛАВНОГО ТВЕРДЕНИЯ
CRUDE MIXTURE FOR AUTOCLAVE-CURED CELLULAR ARTICLES

Изобретение относится к строительной индустрии, а именно к производству вяжущих и может быть использовано для получения ячеистых материалов автоклавного твердения. Сырьевая смесь для изготовления ячеистого бетона относится к пористым строительным материалам и может быть использована для изготовления теплоизоляционных, конструкционно-теплоизоляционных, конструкционных изделий автоклавного твердения.
Известен состав сырьевой смеси для получения ячеистых изделий автоклавного твердения, состоящий из следующих компонентов, вес.%: извести кальциевой комовой негашеной 7-14, песок кварцевый молотый 38-51, портландцемент 7-14, алюминиевая пудра 0,03-0,12, поверхностно-активная добавка 0,001-0,006, двуводный гипс молотый 1-1,5 (RU 2304126 C2, C04B 38/02) [3]. Недостаток данного технического решения - малая прочность получаемых изделий.
Изобретение направлено на повышение качества строительных материалов ячеистой структуры, снижение энергоемкости производства, снижение водопотребности сырьевой смеси, управление гашением извести, уменьшение времени выдержки сырца ячеистых изделий до автоклавной обработки, снижение себестоимости производства.:
Указанная цель достигается за счет того, что сырьевая смесь для ячеистых изделий автоклавного твердения содержащая воду, известь кальциевую комовую негашеную, цемент, молотый кварцевый песок, алюминиевую пасту и молотый двуводный гипс, отличается тем, что содержит 15-25% вяжущего состоящего из предварительно погашенной извести с добавкой двуводного гипса в количестве 0,05-0,25% (в пересчете на полугидрат), при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Предложенное вяжущее
15-25;
Известь негашеная
5-12;
Песок кварцевый молотый
38-51;
Портландцемент
7-14;
Алюминиевая паста
0,03-0,12
и воду (сверх 100% сухих компонентов) в количестве, соответствующем водотвердому соотношению B/T=0,5-0,6.
2
2
4
2
2
Сущность изобретения в сравнении с прототипом состоит в возможности полного использования гидратных свойств извести, за счет предварительного гашения извести. При высокой температуре гашения извести до 190°C, получаемой при низком расходе воды (В/И=0,32-0,64) в смеси с добавкой двуводного гипса, возможно разложение гипса до полуводной его модификации. Полученный при гашении извести при высоких температурах полуводный гипс повышает растворимость гидроксида кальция, замедляя рост кристаллов Ca(OH). Седиментационным анализом установлено, что в продуктах гашения извести с двуводным гипсом содержатся 20% высокодисперсных частиц размером от 0 до 5 мкм. Полученные высоко дисперсные частицы CaO не агрегируют, так как они находятся в насыщенных известковых смесях, что способствует сохранению их размеров и активных свойств и позволяет сократить время на помол извести. Впервые установлено, что гидратация полугидрата, образованного в результате высокотемпературной реакции гашения извести в насыщенных известковых растворах (соотношение известь: вода применительно соотношению их в ячеистобетонных блоках) замедляется и полностью не гидратирует до двугидрата, данные процессы в технической литературе не описаны. Таким образом, предлагаемое решение обладает критерием «новизна». Полученный полугидрат гипса в условиях тепловлажностной обработки и среде, богатой известью, активно участвует в образовании комплексного соединения высокоосновного гидрата сульфата кальция Ca(SO)·HO по схеме:
<mrow><mn>2</mn><mi>C</mi><mi>a</mi><mi>S</mi><msub><mi>O</mi><mn>4</mn></msub><mo>⋅</mo><mn>0,5</mn><msub><mi>H</mi><mn>2</mn></msub><mi>O</mi><mover><mo>→</mo><mrow><mi>р</mi><mo>−</mo><mi>р</mi><mi>а</mi><mi>C</mi><mi>a</mi><msub><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>O</mi><mi>H</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></msub><mo>,</mo><mi>T</mi><mo>=</mo><mn>175</mn><mo>−</mo><mn>183</mn><mo>°</mo><mi>C</mi></mrow></mover><mi>C</mi><msub><mi>a</mi><mn>2</mn></msub><msub><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>S</mi><msub><mi>O</mi><mn>4</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>H</mi><mn>2</mn></msub><mi>O</mi></mrow>
При взаимодействии высокодисперсных гидроксидов кальция и высокоосновного гидрата сульфата в присутствии остальных составляющих вяжущего отмечается образование в автоклавных условиях комплексных соединений - гидросульфосиликатов и гидросульфокарбосиликатов кальция с игольчатой морфологией кристаллов. Полученные игольчатые кристаллы армируют структуру способствуя росту прочности композиционного вяжущего (доказано рентгенофазовым анализом, микроскопическими исследованиями) (рис.1, 2).
2
Следует отметить, что степень гидратации зерен CaO в случае гашения извести при В/И=0,48-0,64 составляет 100%. Уменьшение количества воды на гашение менее 0,48 приводит к появлению непогашенных зерен CaO, а увеличение количества свыше 0,64 приводит к появлению крупных кристаллов Ca(OH), увеличению плотности вяжущего,, что - негативно сказывается при формировании пористой структуры, поэтому В/И соотношение от 0,48 до 0,64 принято как граничное.
Применение добавки гипса свыше 0,25 мас.% нецелесообразно, т.к. он остается в несвязанном виде и не полностью участвует в процессах фазообразования автоклавного ячеистого бетона с получением менее прочной гидросиликатной связкой, поэтому данное количество гипса принято как граничное. Уменьшение количества ниже 0,05 мас.% гипса не достаточно для появления хорошо закристаллизованных гидросульфосиликатов кальция, что приводит к снижению прочности готового изделия, поэтому это количество гипса принято как граничное.
В работе использованы следующие материалы:
- известь ОАО «Стройматериалы» (Белгород);
- песок Нижне-Ольшанского месторождения;
- портландцемент ОАО «Белгородский цемент»;
- двуводный гипс Новомосковского месторождения.
3
Известь в соответствии с ГОСТ 9179-77. Песок кварцевый по ГОСТ 8736-93. Портландцемент по ГОСТ 10178-85. Двуводный гипс в соответствии с ГОСТ 4013-82. Для приготовления ячеистых образцов использовалась алюминиевая паста для бетонов марки ГБ-1, условная активность не менее 900 г/см.
Для приготовления сырьевой, ячеистобетонной смеси известь гасится отдельно при В/И=0,32-0,64 с добавкой 0,05-0,25% двуводного гипса в пересчете на полуводный (табл.2), другая часть извести поступает на совместный помол вяжущего в присутствии кварцевого компонента и гасится в смеси для сохранения эффекта тепловыделения от гашения извести и лучшего прохождения реакции газообразования и; получения более равномерной поровой структуры.
Опытным путем установлено, что целесообразно для производства газобетона предварительно отдельно гасить 15-25% с добавкой двуводного гипса. Увеличение количества предложенного вяжущего в ячеистобетонной смеси свыше 25% нецелесообразно, т.к. это приводит к увеличению плотности изделий. Уменьшение количества предложенного вяжущего ниже 15% нецелесообразно, т.к. происходит падение прочности получаемых ячеистых изделий.
Возможно, снижение водопотребности сырьевой смеси от 0,5 до 0,48 при неизменных реологических характеристиках при формировании ячеистой структуры композита.
2
Пример. Для получения 100 г.вяжущего известь измельчали отдельно в шаровой мельнице до удельной поверхности 300 м/кг, добавку гипса - до полного прохождения через сито №008. Продукт помола извести в количестве 99,85 г.(99,85 мас.%) перемешивали с 0,15 г. двуводного гипса (0,15 мас.%) в смесителе (состав №7, табл.2). В дальнейшем, полученную смесь гасили в герметичном сосуде при В/И=0,48 (48 мл воды). Температура гашения вяжущего составила 160°C, время достижения 5 мин. Известь при гашении рекомендуется орошать водой, тогда можно достичь равномерного, высокотемпературного гашения известковой массы. Время выдержки извести с добавкой двуводного гипса устанавливается исходя из времени гашения извести, определяемой по стандартной методике.
В таблице 1 приведены составы для приготовления ячеистобетонной смеси (1000 г сухих компонентов и воды (сверх 100% сухих компонентов) в количестве, соответствующем водотвердому соотношению В/Т=0,48).
Таблица 1
Состав ячеисто-бетонной смеси
Компоненты смеси
мас.%
масса, г
Вяжущее предложенное
25
250
Известь негашеная
11,9
119
Песок кварцевый
50
500
Портландцемент
13
130
Паста алюминиевая
0,1
1
2
2
Предварительно производили помол известково-песчаного вяжущего при соотношении компонентов 1:1 (119 г.кварцевого песка и 119 г.негашеной извести) до удельной поверхности 400-500 м/кг (табл.1). Остальную часть кварцевого песка в количестве 381 г.измельчали отдельно до удельной поверхности 250-300 м/кг. Дозировка цемента составила 130 г (13 мас.%). Предварительно подготовленное известковое вяжущее брали в количестве 250 г.Компоненты загружали в смеситель в следующей последовательности: молотый кварцевый песок, вода 480 мл, затем известковое вяжущее, известково-песчаное вяжущее, цемент и перемешивали до однородного распределения по объему смеси. В подготовленную смесь вводили водную суспензию газообразователя состоящую из 1 г.алюминиевой пасты и 20 мл. воды (воду брали из общей массы воды). Полученную сырьевую смесь заливали в формы - кубы размером 10×10×10 см. Образцы вызревали при комнатной температуре 2,5 часа, после чего снимали горбушку. Образцы автоклавировали при температуре 183°C и избыточном давлении 10 атм. по режиму: пуск давления - 2 ч, изотермическая выдержка - 6 ч, сброс давления - 2 ч.
Представленные в таблице 2 полученные изделия соответствуют требованиям ГОСТ 21520-89 и по назначению относят к конструкционно-теплоизоляционным ячеистым материалам.
Таблица 2
Физико-механические характеристики ячеистого изделия
№ смеси
Содержание двуводного гипса в пересчете на полуводный гипс, %
Кол-во воды на гашение извести (В/И)
Прочность на сжатие, МПа
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
1
-
0,32
4,6
830
2
0,05
7,3
800
3
0,15
7,2
800
4
0,25
6,5
800
5
-
0,48
6,5
800
6
0,05
7,8
740
7
0,15
8,5
760
8
0,25
8,0
800
9
-
0,64
6,2
800
10
0,05
8
800
11
0,15
7
780
12
0,25
6,5
800
13 прототип
0,7
-
4,5
800
Техническим результатом является увеличение механической прочности изделий на 89% после автоклавной обработки, сокращение времени выдержки при наборе критической прочности сырца перед автоклавной обработкой на 17%, уменьшение водотвердого отношения в сырьевой смеси на 8%.
Использование предложенной технологии и рецептуры позволит создавать высокоэффективные, конкурентоспособные и экологически чистые ячеистые изделия.