СОСТАВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕНОПОЛИСТИРОЛБЕТОНА, СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ И МОНОЛИТНЫЙ БЛОК
COMPOSITION FOR PRODUCING POLYSTYRENE CONCRETE, METHOD OF ITS PRODUCTION AND MONOLITHIC BLOCK

Изобретение относится к производству пористых строительных материалов, в частности легких бетонов [МПК C04B 38/00, C04B 38/10, C04B 40/00, СПК C04B 38/08, C04B 38/10].
Из уровня техники известен СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ [RU2254310, опубл. 20.06.2005], при котором используют портландцемент марки 400-500, вспененный полистирол гранулированный ПВГ марки по насыпной плотности 10-20 кг/м3, в формовочную смесь дополнительно вводят микрокремнезем и суперпластификатор С-3, причем сначала перемешивают указанный портландцемент с микрокремнеземом и указанным вспененным ПВГ в течение 2-3 минут, затем добавляют воду, содержащую суперпластификатор С-3, перемешивают 3-5 минут, смесь загружают в формовочные ящики, осуществляют формование путем виброуплотнения и прессования с последующим извлечением изделий из формовочных ящиков перед термообработкой, которую ведут в следующем режиме: 2 часа при температуре 15-25°С, затем 8 часов при 40-60°С и 1 час при 15-30°С, при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный портландцемент 60,0-65,6, микрокремнезем 6,6-12,0, указанный ПВГ 2,2-4,4, суперпластификатор С-3 0,6-0,66, вода - остальное. Технический результат - получение теплоизоляционных изделий, характеризуемых сокращением расхода цемента, улучшенной удобоукладываемостью, формуемостью, увеличенной прочностью и производительностью.
Недостатком аналога является отсутствие в составе воздухововлекающей добавки, такой как смола древесная омыленная, что ведет к повышению плотности материала и не позволяет достичь высоких показателей прочности.
3
Из уровня техники известна АРМИРОВАННАЯ ПОЛИСТИРОЛБЕТОННАЯ СМЕСЬ, СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СМЕСИ, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ, ПАНЕЛЬ И БЛОК (ВАРИАНТЫ) [RU2309134, опубл. 27.10.2007], в состав смеси входят (кг/м): портландцемент - 160-170, вспененный гранулированный полистирол - 15-17, базальтовое волокно - 0,50-0,70, смола древесная омыленная - 0,35-0,50, пластифицирующая добавка - С-3 - 1,50-2,50, гидрофобизирующая добавка - 0,4-0,5, полиакриламид - 0,40-0,60, лигнопан Б-2 - 0,35-0,50, вода - 50-55. Способ приготовления армированной полистиролбетонной смеси включает смешивание компонентов состава для ее получения. При этом предварительно перемешивают пенополистирол, базальтовое волокно и добавки, введенные совместно с частью воды затворения. Затем при перемешивании вводят портландцемент, продолжают перемешивать в течение 5-15 сек, после чего добавляют воду и перемешивают 25-40 сек. Изготовление изделий из полистиролбетонной смеси осуществляют объемным вибропрессованием при величине уплотнения 8-15 кГ/см2. Технический результат заключается в упрощении способа приготовления смеси, высокой прочности изделий, улучшении теплоизоляционных свойств, высокой морозостойкости низкой паропроницаемости и низком водопоглощении.
Недостатком аналога является невысокое (менее 1 мас.%) содержание смолы древесной омыленной, что снижает вовлечение достаточного количества воздуха в смесь и в итоге ведет к утяжелению готового блока и перерасходу материала. Также к недостаткам стоит отнести повышенное (более 3 мас.%) содержание в смеси полистирольных гранул, что требует дополнительной защиты от влаги (кроме гидрофобизирующих добавок), а также нанесения дополнительного защитного покрытия (заштукатуривания, грунтования), с целью избежать снижения прочности в условиях регулярных перепадов температур (замораживания и оттаивания).
Из уровня техники известен СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛИСТИРОЛБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ [RU2223931, опубл. 20.02.2004], при котором воздухововлекающую добавку - смолу древесную омыленную - предварительно разводят водой в соотношении (1:5)-(1:10) до 8-12%-ной концентрации по сухому веществу и выдерживают до 48 часов при температуре 15-35°С.Для смачивания гранулированного вспененного полистирола, имеющего насыпную плотность 25-30 кГ/м3, фракций диаметром 3-5 мм, используют 1/3 часть воды затворения и перемешивают в течение 0,5-1,5 минут.После введения в смеситель портландцемента марки 400-500 смесь перемешивают 30-60 секунд, затем в смеситель подают оставшиеся 2/3 части воды затворения, предварительно разведенную смолу древесную омыленную и пластифицирующую добавку - лигносульфонат или суперпластификатор С3, смесь перемешивают не менее 2 минут и прогревают за счет теплоты гидратации цемента до температуры 35-75°С и получения слитной поризованной однородной структуры. При формовании приготовленную полистиролбетонную смесь подают с помощью шнекового насоса в опалубку с установленным в ней ячеистым каркасом из армирующего материала - нитей или прутков диаметром (0,5-3) d, с ячейкой (50-100)х(50-100) d в 2-4 слоя и связующими поперечными прутками диаметром (1,0-4) d с шагом (100-200)х(100-200) d, где d - средний диаметр гранул полистирола. Защитный слой между арматурой и наружной поверхностью составляет не менее 25 мм. Уложенную смесь разравнивают и выдерживают при температуре 15-35°С не менее 12 часов. На полученное полистиролбетонное изделие, после его распалубки, распыляют воду 1 раз в три дня в течение 30 дней, начиная с 8-го дня после укладки смеси в опалубке. Используют состав, включающий, мас.%: портландцемент 68-70; вспененный полистирол 3-6; смола древесная омыленная (на сухое вещество) 0,02-0,1; пластифицирующая добавка (на сухое вещество) 0,1-0,2; вода - остальное, армирующий материал (сверх 100%) 5-12. Технический результат: снижение объемной массы и теплопроводности изделий, снижение расхода исходных компонентов.
Недостатком аналога является повышенное (более 3 мас.%) содержание в смеси полистирольных гранул, что требует дополнительной защиты от влаги (кроме гидрофобизирующих добавок), а также нанесения дополнительного защитного покрытия (заштукатуривания, грунтования), с целью избежать снижения прочности в условиях регулярных перепадов температур (замораживания и оттаивания). Также к недостаткам следует отнести отсутствие в составе песка, с помощью которого при градиентной заливке возможно выполнение фасадной части бетонной стены.
Наиболее близким по технической сущности является СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ КЛАДОЧНОГО СТРОИТЕЛЬНОГО РАСТВОРА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ [RU 2490233, опубл. 20.08.2013], которая содержит, мас.%: портландцемент 18,76-20,70, кварцевый песок с наибольшей крупностью зерен 2,5 и модулем крупности 2,37 56,29-62,10, отходы пенополистирола, дробленые до гранул размером 2-7 мм, насыпной плотностью 38-40 кг/м3, модифицированные 0,25-0,56, жидкое натриевое стекло плотностью 1250 кг/м3 0,415-0,9296, зола-унос от сжигания бурого угля 4,14-9,38, вода - остальное. Способ изготовления кладочного строительного раствора из указанной выше сырьевой смеси включает дробление отходов пенополистирола до гранул указанного размера и плотности, подачу полученных гранул в растворосмеситель, добавление указанного жидкого стекла с водой в соотношении по массе 1:1, перемешивание в течение 1-2 минут, введение указанной золы-унос и перемешивание в течение 1-3 минут, введение в растворосмеситель с модифицированными указанными отходами пенополистирола портландцемента, указанного песка и остальной воды и перемешивание в течение 3-5 минут. Технический результат - получение кладочного раствора с пониженной плотностью и теплопроводностью марок М25-M100.
Основной технической проблемой прототипа является низкое (менее 2 мас.%) содержание полистирольных гранул и цемента в сочетании с высоким (более 25 мас.%) содержанием кварцевого песка, что повышает плотность и массу готового продукта и способно привести к снижению шумо- и теплоизоляции и прочности бетона, а также к увеличению влагопоглощения. Одновременно, повышенное содержание кварцевого песка не позволяет, при необходимости, получить монолитный блок с разной плотностью тела, когда самая высокая плотность формируется именно в фасадной части, где сконцентрировано большое количество тяжелого наполнителя - песка, а самая малая плотность - в тыльной части, где сконцентрировано большое количество легких гранул полистирола.
Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.
Техническим результатом изобретения является уменьшение материалоемкости, сокращение времени строительных и отделочных работ, улучшение звукоизоляции, исключение необходимости применения дополнительных утеплителей при сохранении сопротивления теплопроводности, уменьшение влагопоглощения, увеличение прочности бетона и сопротивления динамическим нагрузкам.
Указанный технический результат достигается за счет того, что состав для изготовления пенополистиролбетона, включающий полистирольные гранулы, воду, цемент марки Д0 (М500), песок, отличающийся тем, что дополнительно содержит водный раствор силиката натрия согласно ГОСТ 13078-81 в пропорции 1:10, а также смолу древесную омыленную в виде 10% водного раствора, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
полистирольные гранулы
2-3
цемент марки Д0 (М500)
69-72
песок
15-25
водный раствор силиката натрия
согласно ГОСТ 13078-81 в пропорции 1:10
1,8-2,5
смола древесная омыленная в виде 10% водного раствора
1,2-1,6
вода
остальное
Указанный технический результат достигается за счет того, что способ получения пенополистиролбетона по п.1, включающий загрузку в механический бетоносмеситель полистирольных гранул, добавление в смесь воды, добавление в смесь цемента и смешивание до однородной массы в течение 1 минуты, добавление в смесь песка и смешивание до однородной массы в течение 1 минуты, отличающийся тем, что после загрузки в механический бетоносмеситель полистирольных гранул и добавления воды дополнительно добавляют в смесь водный раствор силиката натрия и смешивают в течение 1-2 минут, далее добавляют в смесь смолу древесную омыленную, потом заполняют после изготовления смеси предварительно подготовленные формы с размещенными на дне фасадными матрицами, после чего вибрируют заполненные формы в течение 10-15 секунд, производят ручную штриховку каждой формы для удаления пузырьков воздуха от стенок готового продукта, нагревают смесь в формах в камерах нагрева в течение 1-2 часов до температуры 60-80°C, осуществляют остывание готового материала в течение 4-5 часов, производят изъятие готового материала из форм и обработку фасадной части глубокопроникающей грунтовкой, после чего упаковывают готовый материал в полиэтиленовую пленку и осуществляют отстаивание в течение 2 суток.
Указанный технический результат достигается за счет того, что монолитный блок, изготовленный способом по п.2, отличающийся тем, что он выполнен с градиентной плотностью тела, при этом самая высокая плотность - в фасадной части, а самая малая плотность - в тыльной части.
Осуществление изобретения.
Состав для изготовления пенополистиролбетона включает полистирольные гранулы, воду, цемент марки Д0 (М500), песок, водный раствор силиката натрия (жидкое стекло) согласно ГОСТ 13078-81 в пропорции 1:10, а также смолу древесную омыленную в виде 10% водного раствора, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
полистирольные гранулы
2-3
цемент марки Д0 (М500)
69-72
песок
15-25
водный раствор силиката натрия
согласно ГОСТ 13078-81 в пропорции 1:10
1,8-2,5
смола древесная омыленная в виде 10% водного раствора
1,2-1,6
вода
остальное
3
При реализации предлагаемого способа изготовления пенополистиролбетона, для получения 1 мготовой смеси массой 600 кг, в механический бетоносмеситель загружается необходимое количество (порядка 80% объема конечной смеси, 2-3% от массы смеси) полистирольных гранул, заливается необходимое количество воды (15-25% от массы смеси) и водный раствор силиката натрия (согласно ГОСТ 13078-81, раствор в пропорции 1:10 с водой, в количестве 1,8-2,5% от массы смеси) в качестве поверхностно-активного вещества для обволакивания гранул полистирола. Смешивание происходит до тех пор, пока гранулы не смачиваются полностью (1-2 минуты), после чего в смесь добавляется цемент марки Д0 (М500) (в количестве 69-72% от массы смеси). Смешивание происходит до образования однородной массы (1 минута), после чего добавляется песок (в количестве 15-25% от массы смеси), снова происходит смешивание до однородной массы (1 минута), последним компонентом добавляется смола древесная омыленная (10% раствор в количестве 1,2-1,6% от массы смеси), которая активно вовлекает воздух в полученную смесь и увеличивает объем смеси до планового.
После изготовления смеси заполняются предварительно подготовленные формы с размещенными на дне стальными или полиуретановыми фасадными матрицами, при этом формы наполняются с избытком, то есть с превышением верхнего уровня. Наполненные формы вибрируются в течение 10-15 секунд, для того чтобы осадить тяжелую фракцию песка на фасадные матрицы, и подвергаются «штриховке» - работник вручную, специальным щупом проводит по контуру каждой формы для того, чтобы удалить пузырьки воздуха, образованные при вибрации, от стенок готового продукта. Формы размещаются на подвижных тележках, и после заполнения и проведения всех работ перемещаются в камеры нагрева.
В камерах нагрева смесь в формах в течении 1-2 часов прогревается до 60-80°С, чтобы остановить процесс осаживания тяжелой фракции смеси и ускорить процесс гидратации бетона. Через 4-5 часов формы разбираются, готовый материал изымается, фасадная часть обрабатывается глубокопроникающей грунтовкой и укладывается на паллеты, где упаковывается в пленку и отстаивается еще двое суток.
Заявленное техническое решение используется при строительстве стен с готовым фасадом.
Заявленный технический результат достигается за счет применения легких пористых полистирольных гранул и использования для вовлечения воздуха смолы древесной омыленной (снижение массы и влагопоглощения, повышение тепло- и звукоизоляции, повышение прочности и сопротивления деформациям), а также за счет использования в смеси песка в рассчитанном экспериментальным путем количестве (15-25 мас.%), при этом последовательность и длительность указанных в способе процессов смешивания, вибрирования и нагрева обеспечивает градиентную плотность готового материала, когда самую высокую плотность имеет именно фасадная часть, что обеспечивает получение готовой фасадной стены без дополнительных отделочных работ, благодаря чему существенно снижается материалоемкость, стоимость готового продукта, сокращается итоговое время, необходимое для проведения строительных и отделочных работ при возведении зданий и сооружений.
Пример достижения технического результата.
Для реализации предложенного способа в механический бетоносмеситель загрузили полистирольные гранулы в количестве 2,5% от массы конечной смеси, залили воду в количестве 20% от массы смеси и водный раствор силиката натрия (1:10) в количестве 2% от массы смеси. Смешивали раствор в течение 1,5 минут до полного смачивания гранул полистирола, после чего в смесь добавили цемент марки Д0 (М500) в количестве 70% от массы смеси. Продолжили перемешивание до образования однородной массы (в течение 1 минуты), после чего добавили песок в количестве 20% от массы смеси. Снова смешивали раствор до получения однородной массы (в течение 1 минуты), последним компонентом добавили смолу древесную омыленную (10% раствор в количестве 1,4% от массы смеси).
После изготовления смеси заполнили с избытком («с горкой») предварительно подготовленные формы с размещенными на дне полиуретановыми фасадными матрицами, наполненные формы подвергли вибрации в течение 13 секунд для осаждения тяжелой фракции песка на фасадные матрицы, после чего для удаления пузырьков воздуха осуществили «штриховку» по контуру каждой формы специальным щупом. Разместили формы размещаются на подвижных тележках и после заполнения поместили в камеры нагрева, где в течение 1 ч. 50 мин. прогревали до 80°С.Через 4 часа разобрали формы, извлекли из них готовый материал, фасадную часть обработали глубокопроникающей грунтовкой, уложили на паллеты и упаковали в пленку, где готовый материал отстаивался в течение двух суток.
Реализация предложенного способа позволила достичь следующих характеристик готовых монолитных блоков:
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
600
прочность при сжатии, МПа
1,5-2,1
прочность при изгибе, МПа
0,35-0,9
коэффициент теплопроводности, Вт/мК
0,08-0,14
водопоглощение при полном погружении, % по объему
0,8-1,2
паропроницаемость, мГ/м⋅ч⋅Па
0,64-0,78
потеря прочности при 100-кратном
замерзании до -50°С, %
1,4-1,65.