СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛИТ ИЗ ПЕНОПОЛИСТИРОЛБЕТОНА
MIXTURE FOR MANUFACTURING PLATES FROM FOAM POLYSTYRENE CONCRETE

Изобретение относится к области технических материалов и, в частности, к конструкционным, теплоизоляционным, звукоизоляционным плитам из пенополистиролбетона, а также к смесям и способам изготовления плит из пенополистиролбетона [C09D 175/00, C09D 115/00, C09D 109/00].
Из уровня техники известна ЛЕГКОБЕТОННАЯ СМЕСЬ [RU2134673, опубл. 20.08.1999] включающая цемент, пенополистирол, динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты и воду, отличающаяся тем, что она содержит в качестве добавки бензосульфат метилдиэтиламинометилметакрилфенола полигликолиевого эфира при следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент - 71,25 - 72,44; пенополистирол - 2,96 - 3,43; динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты - 0,01 - 0,15; бензосульфат метилдиэтиламинометилметакрилфенола полигликолиевого эфира - 0,005 - 0,02; вода - остальное.
Также из уровня техники известен СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНОЙ ПЛИТЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЧАСТИЦ ПЕНОСТИРОЛА [KR101512443, опубл. 13.05.2015]. Настоящее изобретение относится к огнеупорной плите с использованием частиц вспененного полистирола и способу изготовления огнеупорной плиты, а именно к огнеупорной плите с использованием частиц вспененного полистирола, которые формуются путем смешивания и замешивания измельченного и вспененного пенополистирола.
Также из уровня техники известен СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕГКОБЕТОННОЙ СМЕСИ [RU2024564, опубл. 15.12.2004] включающий перемешивание гранул пенополистирола, кварцевого песка, цемента и поверхностно-активной добавки, отличающийся тем, что, с целью ускорения набора прочности при беспрогревном твердении, в смесь добавляют вязкую пену на основе древесной омыленной смолы, а перемешивание осуществляют последовательным введением кварцевого песка, цемента, 5%-ного раствора ПАВ, вязкой пены на основе древесной омыленной смолы и пенополистирола при следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент 51-57; 5%-ный раствор ПАВ 4,1-4,8; вязкая пена 15,5-18,7; гранулы пенополистирола 2,1-2,7; кварцевый песок - остальное.
Наиболее близким по технической сущности является СОСТАВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛИСТИРОЛБЕТОННОЙ СМЕСИ [RU2150446, опубл. 10.06.2000] включающий минеральное вяжущее, полистирольный заполнитель, воздухововлекающую добавку и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит волокнистый материал и пластифицирующую добавку, а в качестве полистирольного заполнителя - смесь частиц из вспененных полистирольных гранул фракции 0,04 - 1,25 мм и частиц рваного пенополистирола фракции 0,04 - 1,63 мм при их массовом соотношении 1 : (8 - 12) при следующем соотношении компонентов, мас.%: минеральное вяжущее - 68 - 90; полистирольный заполнитель - 0,7 - 2,3; волокнистый материал - 1,4 - 5,2; воздухововлекающая добавка - 0,3 - 0,7; пластифицирующая добавка - 0,25 - 0,55; вода - остальное.
Основной технической проблемой вышеуказанного прототипа и аналогов является большой вес получаемых из вышеуказанных составов и смесей изделий - бетонных плит. Большой вес обосновывается большими пропорциональными долями тяжелых компонент, таких как цемент, песок и др.
Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.
Техническим результатом изобретения является снижение веса строительной плиты.
Указанный технический результат достигается за счет того, что смесь для изготовления плит из пенополистиролбетона, включающая портландцемент, пенополистирол, суперпластификатор и воду, отличающаяся тем, что в качестве суперпластификатора используют поликарбоксилатный суперпластификатор, и дополнительно смесь включает молотый гранулированный доменный шлак, микрокремнезём, песок, редиспергируемый полимерный порошок при следующем соотношении компонентов, мас.%:
портландцемент
47,3-66,0
молотый гранулированный доменный шлак
5,0-7,0
микрокремнезём
5,0-7,0
песок
0,0-28,3
редиспергируемый полимерный порошок
0,5-0,7
пенополистирол
1,5-2,1
поликарбоксилатный суперпластификатор
1,1-1,5
вода
11,3-15,7
Осуществление изобретения.
3
Смесь для изготовления плит из пенополистиролбетона плотностью от 200 до 950 кг/м включает в себя следующие компоненты, мас.%:
портландцемент
47,3-66,0
молотый гранулированный доменный шлак
5,0-7,0
микрокремнезём
5,0-7,0
песок
0,0-28,3
редиспергируемый полимерный порошок
0,5-0,7
пенополистирол
1,5-2,1
поликарбоксилатный суперпластификатор
1,1-1,5
вода
11,3-15,7
Микрокремнезем – представляет собой ультрадисперсный материал, состоящий из частиц сферической формы, получаемый в процессе газоочистки технологических печей при производстве кремния и ферросилиция. Основным компонентом материала является диоксид кремния аморфной модификации. Вместо микрокремнезема может быть использован метакаолин, представляющий собой алюмосиликат - искусственный порошкообразный материал, продукт обжига (дегидратации) с последующим помолом обогащенных каолиновых глин.
Редиспергируемый порошок представляет собой полимер способный при смешивании с водой редиспергировать, т.е. вновь образовывать водные полимерные дисперсии, которые в результате отверждения формируют сплошную полимерную пленку. Редиспергируемый порошок способствует высокой водо-удерживающей способности, адгезии и удобоукладываемости сухих строительных смесей.
Пенополистирол представляет собой газонаполненный материал, получаемый из полистирола и его производных, а также из сополимеров стирола, является широко распространенной разновидностью пенопласта. Технология получения пенополистирола связана с первоначальным заполнением гранул стирола газом, который растворяют в полимерной массе. В дальнейшем производится нагрев массы паром. В процессе этого происходит многократное увеличение исходных гранул в объеме, пока они не занимают всю блок-форму и не спекаются между собой.
Поликарбоксилатный суперпластификатор является полимером и предназначен для производства сухих смесей строительных растворов и бетона. Поликарбоксилатный суперпластификатор способствует значительному сокращению количества воды, повышению подвижности смеси и в то же время, обеспечивает оптимальную когезию и максимальное самоуплотнение.
Поликарбоксилатный суперпластификатор входит в состав смеси для того, чтобы обеспечить получения необходимой прочности конечного материала, а также его долговечности. Процентное соотношение 1,1-1,5% обосновывается тем, что в меньших дозировках эффективность суперпластификатора снижается и это приводит к увеличению расхода цемента и повышению себестоимости, а в больших дозировках эффективность суперпластификатора падает, приводя к повышению себестоимости, а так же повышается вязкость бетона. При более высоких дозировках поликарбоксилатного суперпластификатора снижается технологичность производства и увеличивается количество брака в связи с тем, что потребуется сверхточный контроль воды, который сложно осуществить в условиях производства из-за постоянно неравномерно меняющейся естественной влажности в материалах.
Вместо молотого гранулированного доменного шлака может использоваться зола-уноса или известняковая (доломитовая) мука.
Компоненты состава для изготовления плит из пенополистиролбетона подбираются в соответствии с требованиями ГОСТ, а именно:
- цемент ЦЕМ I 42,5 и ЦЕМ 0 42,5 - ГОСТ 31108;
- молотый гранулированный доменный шлак - ГОСТ 3476, зола-уноса - ГОСТ 25818, - известняковая доломитовая мука ГОСТ - 14050;
- микрокремнезём - ГОСТ Р 58894, метакаолин - ГОСТ Р 59536;
- песок - ГОСТ 8736;
- редиспергируемый порошок - ГОСТ 24211;
- поликарбоксилатный суперпластификатор - ГОСТ 24211;
- вода - ГОСТ 23732;
- пенополистирол - ГОСТ 15588.
Способ получения смеси для пенополистиролбетона включает в себя следующие этапы:
- в смеситель засыпается необходимый объем пенополистирола;
- в смеситель засыпается цемент и молотый гранулированный доменный шлак;
- осуществляют равномерное перемешивание не менее 10 секунд;
- в смеситель дозируется необходимый объем воды «затворения» совместно с поликарбоксилатным суперпластификатором и редиспергируемым порошком;
- осуществляют равномерное перемешивание не менее 120 секунд.
о
о
В готовом виде, температура бетонной смеси должна составлять от +5С и до +30С.
Применение сухих химических добавок в составе смеси пенополистиролбетона обеспечивает получение высоких показателей адгезии между компонентами смеси и однородности смеси пенополистиролбетона.
Также, заявленное техническое решение позволяет снизить количество цемента при сохранении необходимых физико-механических свойств изготавливаемых панелей.
Подобранная рецептура позволяет изготавливать плиты из вышеописанной смеси и достигать требований по теплоизоляции, звукоизоляции, огнестойкости, которые предъявляют СНиП, ГОСТ и СаНПиН к элементам жилых, промышленных и общественных зданий.
Плита, изготовленная на основе смеси для пенополистиролбетона представляют собой одно, двух или трехслойную конструкцию. В качестве основного слоя выступает вышеописанная смесь из пенополистиролбетона, полученная в результате реализации вышеописанного способа. В качестве дополнительных слоев плиты могут выступать облицовочные листы с каждой из сторон.
В качестве облицовочного листа применяется лист толщиной от 2 мм до 10 мм на основе стекломагниевого листа, силиката кальция, перлита, стекловолокна, неорганического волокна, белого цемента или любой другой лист, обеспечивающий необходимые требования, предъявляемые к облицовочному слою для конкретной панели. Панели соединены между собой грань к грани с использованием клеевых или кладочных растворов. Для соединения между собой панели могут также использовать пазогребневое соединение, для придания дополнительной жесткости и монолитности формируемой посредством плит стене, а также устраняет мостики холода.
Возможны различные варианты изготовления панелей из заявленной смеси.
В частности, возможен вариант изготовления панелей из пенополистиролбетона в форме параллелепипеда следующего размерного ряда (а также вписанных в параллелепипед Г, П, Ш, Т, Н образных панелей, а также вписанных в указанные размеры треугольников, шестиугольников, восьмиугольников и окружностей):
- высотой от 300 мм до 3000 мм;
- шириной от 300 мм до 9000 мм;
- Включая размеры:
- 50 × 610 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 60 × 610 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 75 × 610 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 90 × 610 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 100 × 610 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 120 × 610 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 150 × 610 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 180 × 610 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 220 × 610 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 240 × 610 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 250 × 610 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 260 × 610 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 270 × 610 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 280 × 610 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 320 × 610 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 350 × 610 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 380 × 610 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 400 × 610 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 420 × 610 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 450 × 610 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 480 × 610 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 50 × 1200 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 60 × 1200 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 75 × 1200 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 90 × 1200 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 100 × 1200 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 120 × 1200 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 150 × 1200 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 180 × 1200 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 220 × 1200 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 240 × 1200 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 250 × 1200 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 260 × 1200 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 270 × 1200 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 280 × 1200 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 320 × 1200 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 350 × 1200 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 380 × 1200 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 400 × 1200 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 420 × 1200 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 450 × 1200 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм;
- 480 × 1200 × 2270, 2440, 2680, 3000 мм.
В частности, при необходимости допускается армирование панелей металлической или композитной арматурой диаметром от 6 до 18 мм и/или сеткой.
В частности, возможно изготовление панелей из пенополистиролбетона Г-образной формы в горизонтальном сечении, следующего размерного ряда:
- высотой от 300 до 3000 мм;
- шириной сторон от 300 до 1500 мм;
- толщиной от 50 до 450 мм.
В частности, возможен вариант изготовления панелей из пенополистиролбетона для изготовления плит перекрытия и потолочных панелей с армированием арматурой толщиной 6-18 мм и/или сеткой, следующего размерного ряда:
- длина от 1000 до 9000 мм;
- ширина от 300 до 3000 мм;
- толщина от 100 до 700 мм.
В частности, возможен вариант изготовления панелей из пенополистиролбетона для изготовления конструкционных блоков следующих размеров:
- высота от 100 до 500 мм;
- ширина от 200 до 1500 мм;
- толщина от 50 до 480 мм.
В частности, возможен вариант изготовления панелей из пенополистиролбетона для изготовления конструкционных мега-блоков следующих размеров:
- высота от 500 до 1000 мм;
- ширина от 1500 до 3000 мм;
- толщина от 50 до 480 мм.
В частности, возможен вариант изготовления панелей из пенополистиролбетона для изготовления надоконных и наддверных перемычек с использованием армирования арматурой толщиной 6-12 мм.
В частности, возможны следующие варианты получения продукции из пенополистиролбетона:
- литьем в вертикальные матрицы;
- литьем в вертикальные кассетные матрицы;
- литьем в горизонтальные матрицы;
- литьем в опалубку на готовом фундаменте;
- литьем в формы;
- литьем в формы с последующей резкой в требуемые размеры;
- литьем в вертикальные формомашины.
Плиты, изготовленные на основе смеси для пенополистиролбетона выпускаются по техническим условиям ТУ и относятся к классу негорючих материалов.
Плиты, изготовленные на основе смеси для пенополистиролбетона соответствуют правилам пожарной безопасности с пределом огнестойкости ЕI 180, ЕI 240 т.е., таким образом, их можно использовать в качестве противопожарных перегородок в зданиях и сооружениях практически любого класса пожарной опасности.
Плиты, изготовленные на основе смеси для пенополистиролбетона, имеют экспертное заключение о соответствии единым санитарно-эпидемиологическим и гигиеническим требованиям, которое позволяет использовать данный материал для строительства жилых, общественных и промышленных зданий с самыми жесткими требованиями к гигиене и экологии, а также при возведении детских и дошкольных учреждений.
По комплексу технико-экономических показателей плиты, изготовленные на основе смеси для пенополистиролбетона соответствуют всем конструктивным схемам строительства.
Технический результат изобретения – снижение веса строительной плиты, достигается за счет того, что в смесь для изготовления плит из пенополистиролбетона включает в себя вышеописанные компоненты с процентным соотношением масс. Наличие пенополистирола, как одного из основных компонент смеси обеспечивает значительное снижение веса изготавливаемых плит, сохраняя, при этом высокие характеристики по теплоизоляции, звукоизоляции, влагостойкости, огнестойкости, сейсмостойкости и долговечности. Использование молотого гранулированного доменного шлака позволяет добиться требуемых характеристик по износоустойчивости, снизить вес плиты и повысить показателями тепло- и влагоизоляции. Использование микрокремнезёма позволяет добиться оптимальных прочностных, гидрофобных и антикоррозийных свойств изготовляемой плиты. Использование песка позволяет обеспечить объем и взаимодействие остальных компонентов смеси и обеспечить распределение напряжений готовой плиты. Редиспергируемый порошок используется для отверждения раствора и выполняет роль вяжущего вещества, т.е. в процессе сушки или схватывания он скрепляет пигменты и наполнители, повышая сцепление с основой. Поликарбоксилатный суперпластификатор используется для повышения прочности конечного материала, а также его долговечности. Также заявленный технический результат обосновывается пониженными процентными соотношениями использования таких компонент состава, как: цемент и вода. Конкретное соотношение масс. процентов ингредиентов смеси для изготовления плит из пенополистиролбетона обосновывается проведенными исследованиями и получены экспериментальным путем.
Вышеуказанные соотношения масс. процентов позволяет снизить вес стен и перегородок, формируемых из плит, при этом удовлетворять требованиям по теплоизоляции, звукоизоляции, огнестойкости, которые предъявляют СНиП, ГОСТ и СаНПиН к элементам жилых, промышленных и общественных зданий.
Также, заявленный технический результат изобретения – снижение веса строительной плиты, достигается за счет того, что в строительной плите в качестве основного слоя выступает смесь для изготовления плит из пенополистиролбетона, полученная согласно способу описания. При этом помимо основного слоя, плита, изготовленная на основе смеси для пенополистиролбетона может иметь дополнительные внешние слои, образованные облицовочными листами с каждой из сторон.
Также, заявленное техническое решение позволяет:
- сократить толщину стен и перегородок, что ведет к увеличению площади помещения и снижению объема материала;
- значительно снизить нагрузки на фундаменты и опорные конструкции;
- использовать грузоподъемную технику или средства малой механизации меньшей мощности при монтаже стен;
- сократить потребность в рабочей силе при строительстве;
- увеличить скорость возведения объектов;
- снизить материалоемкость строительства;
- повысить огнестойкость конструкции;
- повысить сейсмостойкость.
Пример достижения технического результата.
Составы смесей плит, изготовленных из пенополистирола согласно заявленного способа и согласно способа прототипа приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Наименование компонентов
Заявленное решение (мас.%)
Прототип (мас.%)
портландцемент -
47,3
68
молотый гранулированный доменный шлак -
5,0
7
микрокремнезём -
5,0
песок -
28,3
редиспергируемый полимерный порошок -
0,5
пенополистирол -
1,5
2,3
поликарбоксилатный суперпластификатор -
1,1
вода -
11,3
16,55
волокнистый материал (целлюлоза)
-
5,2
воздухововлекающая добавка
-
0,7
пластифицирующая добавка
-
0,25
Результаты испытания образцов плит, изготовленных из вышеописанных смесей, представлены в таблицах 2, 3.
Таблица 2
Технические характеристики
Заявленное решение
Прочность -
- 2,4 МПа 28 сут.
Теплопроводность -
- 0,145 Вт/ (м × <sup>о</sup>С)
Паропроницаемость -
- 0,068 емкость, мг/ (м × ч × Па)
Удельная теплоемкость -
- 1,06 кДж/ (кг × <sup>о</sup>С)
Морозостойкость -
- F - 100
Предел огнестойкости -
- EI -180
Вес одной панели 2440*610*100
- 87,5 кг
Как видно из табл. 2, 3 технические характеристики плит удовлетворяют требованиям жилищного строительства. При этом, при сравнении веса плиты, полученной согласно заявленному техническому решению и веса плиты, полученной согласно решению прототипа, выяснилось, что, имея одинаковые габариты, вес плиты прототипа оказался выше на 51%.
Проведенные дополнительные исследования показали, что в среднем, снижение веса наружных стен и перегородок, выполненных из плит, согласно заявляемого технического решения, составляет от 50% до 85% по сравнению со стенами и перегородками, выполненными согласно известных технических решений.
Таблица 3
Технические характеристики
Прототип
Плотность формировочной смеси, кг/м<sup>3</sup>
1090
Плотность готовых изделий, кг/м<sup>3</sup>
880
Теплопроводность в сухом виде, Вт/(м⋅К)
0,189
Сорбционное увлажнение, мас.%
5,8
Водопоглощение, мас.%
12,3
Прочность на сжатие, МПа
5,91
Прочность при изгибе, МПа
1,52
Вес одной панели 2440*610*100, кг
132,12