ПЕНОБЕТОННАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЕНОБЕТОНОВ НЕАВТОКЛАВНОГО ТВЕРДЕНИЯ
FOAM CONCRETE MIXTURE FOR MAKING NON-AUTOCLAVE HARDENED FOAM CONCRETE

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к производству пенобетонных блоков неавтоклавного твердения.
Пенобетонная смесь может быть использована для производства пенобетонных блоков неавтоклавного твердения для строительства двух-трехэтажных домов и в качестве закладочного материала при каркасном строительстве. Пенобетонная смесь содержит модифицированный гипсоглиноземистый расширяющийся цемент (ГГРЦ), состоящий из портландцемента (ПЦ), глиноземистого цемента (ГЦ), гипса строительного, песка для строительных работ, золы-уноса, пенообразователя Ареком-4 и воды. Введение в пенобетонную смесь модифицированного гипсоглиноземистого расширяющегося цемента позволяет повысить предел прочности при сжатии, снизить усадку при высыхании, снизить коэффициент паропроницаемости, а также повысить технико-эксплуатационные характеристики продукции. Данная пенобетонная смесь содержит в своем составе доступные и широко распространенные компоненты (табл.1).
3
Наиболее близкой к предлагаемой является пенобетонная смесь [1], принимаемая за прототип, включающая в себя (кг (л) на 1 м):
портландцемент ПЦ 500 Д0
355 кг
глиноземистый цемент ГЦ
40 кг
гипсовый камень ГК
25 кг
песок для строительных работ
291 кг
синтетическое волокно
5,6 кг
пенообразователь Ареком-4
1 л
вода
220 л.
3
Недостатками данной пенобетонной смеси являются повышенные сроки набора прочности до расформовки изделий, равные 2 суткам, что влечет за собой наличие и содержание значительных производственных площадей и большого количества парка форм, а также невысокие прочностные характеристики (предел прочности при сжатии R=3 МПа при средней плотности ρ=708 кг /м) и значение усадки при высыхании чаще превосходит значение (ε=3 мм/м).
Целью изобретения является использование нового состава для увеличения предела прочности при сжатии, снижение усадки при высыхании, коэффициента паропроницаемости.
Поскольку ГЦ состоит в основном из низкоосновных алюминатов кальция, при гидратации с течением времени гидроалюминаты обогащаются оксидом кальция и выделяется дополнительное количество гидроксида алюминия. При этом изменяется габитус кристаллов гидроалюминатов, а гидроксид алюминия кристаллизуется. Процессы перекристаллизации гидроалюминатов протекают быстрее, чем гидросиликатов в портландцементе (ПЦ). Гели алюминатов кальция характеризуются явно выраженной тиксотропией и проявляют свойства упруговязкопластичных тел, что весьма важно в технологии пенобетонов. На пенообразующую способность и устойчивость получаемых пен также влияет изменение рН водной фазы и ионов, образующихся в результате гидратации цемента. Сорбция ПАВ на твердой поверхности зависит от величины рН среды, поэтому регулирование ее посредством введения в состав ГГРЦ некоторого количества ПЦ позволяет обеспечить достаточное пенообразование и устойчивость пены. Кроме того, поскольку образование значительного количества гидросульфоалюмината кальция высокосульфатной формы при гидратации ГГРЦ при относительно низком значении рН не сопровождается значительным расширением, необходимым для компенсации усадки, повышение величины рН посредством введения в состав вяжущего некоторого количества ПЦ обеспечит условия для кристаллизации большего количества эттрингита в «активной форме», что позволит в большей степени компенсировать усадочные деформации. В дальнейшем это трехкомпонентное вяжущее (ГЦ+ПЦ+Г) будет называться модифицированным ГГРЦ. Образование эттрингита будет проходить по следующей схеме:
2
2
2
3
4
2
4
2
2
2
Разработанный метод минимизации потенциала Гиббса является результирующей химической реакции, позволяющей определить наиболее вероятный фазовый состав продуктов гидратации цемента. Данный метод применен для анализа продуктов гидратации в системе 3СаО·АlO-СаО·АlO-CaSO·2НО-CaSO·0,5НО-Са(ОH)-НО при различных исходных отношениях компонентов и в интервале температур от 0 до 100°С:
2
3
2
3
4
2
4
2
0,44(3СаO·AlO)+0,53(СаО·AlO)+0,35(CaSO·2НО)+0,94(CaSO·0,5НО)+
2
2
2
3
4
2
+8,11(Са(ОН))+12,56(HO)⇒0,15(3СаО·AlO·3CaSO·32HO)+
2
3
4
2
2
+0,82(3CaO·AlO·CaSO·12HO)+7,05(Ca(OH)).
2
3
4
2
2
3
4
2
2
0,15(3CaO·AlO·3CaSO·32HO)+0,82(3CaO·AlO·CaSO·12HO+7,05(Ca(OH))+
2
2
3
2
2
3
4
2
+100(HO)-0,55(4CaO·AlO·19HO)+0,43(3CaO·AlO·3CaSO·32HO)+
2
2
+6,5(Ca(OH))+91,21(HO).
2
3
2
Превращение модифицированного гидросульфоалюмината кальциия в гидроалюминат кальция 4CaO·AlO·19HO и эттрингит сопровождается суммарным увеличением объема твердых фаз в системе на 22%, что приводит к появлению напряжений, ослаблению и полному разрушению структуры цементного камня.
Бетоны с использованием ГГРЦ характеризуются высокой водостойкостью, морозостойкостью, жаростойкостью. Водостойкость объясняется отсутствием в продуктах его гидратации гидроксида Са, характеризующегося значительной растворимостью в воде. Пористость затвердевшего ГГРЦ в 1,5 раза меньше пористости портландцементного камня. Пониженная пористость объясняется высокой степенью гидратации, повышенным вовлечением воды в гидратные соединения, а также образованием значительного количества гелевидных масс гидроксида А1.
Увеличение прочности при постоянной плотности можно обеспечить за счет повышения прочности матрицы поризованного материала и создания оптимальной пористой структуры материала. Обеспечение прочности неорганической матрицы возможно путем повышения химической активности ВВ, снижения В/Ц, использования механохимической активации ВВ.
Введение в пенобетонную смесь модифицированного гипсоглиноземистого расширяющегося цемента позволяет увеличить производительность технологической линии по выпуску пенобетонных блоков неавтоклавного твердения за счет увеличения оборачиваемости форм, снижения времени предварительной выдержки за счет введения в эксплуатацию в более короткий срок, набор прочности протекает интенсивно и уже за 3-е суток набирает практически 90%; пенобетонная смесь твердеет в нормальных условиях (во влажной среде) и тепловой обработки не требует. Экономический эффект применения модифицированного ГТРЦ в технологии пенобетонов неавтоклавного твердения за счет повышения производительности технологической линии до 4 раз при неизменном нормокомплекте формооснастки за счет сокращения продолжительности технологического цикла и сокращения условно-постоянной доли общезаводских издержек, сокращаются производственные площади и парк форм. Состав используемых компонентов (табл.2).
3
Разработанная пенобетонная смесь включает в себя (кг (л) на 1 м): портландцемент ПЦ500Д0 (21,2 кг) (химический состав, применяемых ПЦ, представлен в табл.2), глиноземистый цемент (347,6 кг), гипс строительный (157,6 кг), песок для строительных работ (197,2 кг) (гранулометрический состав песка представлен в табл.3), зола-уноса (197,6 кг) (химический состав золы-уноса и ее основные характеристики представлены в табл.4, 5), пенообразователь (4,2 л) (характеристики представлены в табл.6), вода (423,6 л).
кр
Перемешивание компонентов осуществлялось в сферической чаше в сухом состоянии. Приготовление пенобетонной смеси осуществлялось в лабораторном пенобетоносмесителе при температуре 18±2°С, при линейной скорости лопастей смесителя более 36 м/с.Модуль крупности зерен песка не превышает М=1,09. Цикл перемешивания составлял 2 минуты.
Предлагаемый состав позволяет получать пенобетонные блоки с характеристиками (табл.7), которые удовлетворяют всем требованиям нормативной документации, и существенно увеличить производительность технологической линии.
Источники информации
1. А.С. №2206544, 2003.
Таблица 1
Составы пенобетонных смесей
Наименование компонента
Содержание компонентов, кг (л) на 1 м<sup>3</sup>
Предлагаемый вариант
Прототип
Портландцемент ПЦ 500Д0
21,2
355
Глиноземистый цемент
347,6
40
Гипс строительный
157,6
25
Песок для строительных работ
197,2
291
Зола-уноса
197,6
-
Синтетическое волокно
-
5,6
Пенообразователь
4,2
1
Вода
423,6
220
С (Н/Ц)=0,75; В/Ц=0,8; В/Т=0,46
С (Н/Ц)=0,69; В/Ц=0,52; В/Т=0,31
Таблица 2
Химический состав применяемых портландцементов
ПЦ
Химический состав, %
SiO<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
CaO
MgO
SO<sub>3</sub>
T<sub>2</sub>O
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
K<sub>2</sub>O
Na<sub>2</sub>O
Осколцемент ПЦ 500 (СтО)
19,9
5.39
3,85
64,9
0,78
2,98
0,32
0,022
0,47
0,09
Пролетарий ПЦ500 (П)
20,28
4,94
3,65
64,42
1,02
3,03
0,26
0,030
0,72
0,11
2
3
3
2
В качестве основного компонента смешанного цемента применяется глиноземистый цемент ГЦ 50 производства ЗАО Пашийский металлургический цементный завод (пос.Пашия Пермской области). Глиноземистый цемент произведен в соответствии ГОСТ 969 - 91, содержание АlO - 37,17%, SO - 0,55%, тонкость помола Sуд=2900 см/г.
Кроме того, в качестве глиноземистого цемента можно использовать цемент Isidac 40 производства CimSA, Турция.
В качестве сульфатного компонента применяется гипс строительный марки Г-5 по ГОСТ 125-79 (2002).
кр
В качестве мелкого заполнителя используется песок строительный, соответствующий ГОСТ 8736-93, характеризующийся модулем крупности М=1,09.
Форма зерен песка
окатанная
Истинная плотность
2,62 г/см<sup>3</sup>
Насыпная плотность в сухом состоянии
1,32 кг/л
Пустотность
47,3%
Содержание глинистых и пылевидных частиц
4%
Содержание органических примесей
нет
Набухание
не наблюдалось.
Таблица 3
Гранулометрический состав песка
Остатки на ситах
Размер ячеек сит, мм
5
2,5
1,25
0,63
0,315
0,14
0,14
Частные, г
0
1
31
23
515
395
35
Частные, %
0
0,1
3,1
2,3
51,5
39,5
3,5
Полные, %
0
0,1
3,2
5,5
57
96,5
100
Также в качестве мелкого заполнителя применяется зола-уноса Новочеркасский ГРЭС по ГОСТ 9.581 8 - 91.
Таблица 4
Химический состав золы-уноса
Наименование
Химический состав, %
SiO<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
CaO
MgO
SO<sub>3</sub>
T<sub>2</sub>O
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
K<sub>2</sub>O
Na<sub>2</sub>O
Зола-уноса
47,11
18,02
8,58
2,5
1,76
0,46
0,85
0,14
3,66
1,24
Таблица 5Основные характеристики золы-уноса
Зола-уноса Новочеркасской ГРЭС
Насыпная плотность - 1330 кг/м<sup>3</sup>Истинная плотность - 2360 кг/м<sup>3</sup>Удельная поверхность - 2570 см<sup>2</sup>/гВлажность по массе - 0,2%
Соответствует ГОСТ 25818-91, относится к классу «Б»
Таблица 6Характеристика пенообразователя Ареком-4
№
Наименование показателей
Значение
1.
Внешний вид
Светло-желтая однородная жидкость без посторонних включений и осадков
2.
Плотность при 20°С, г/см<sup>3</sup>
1,090
3.
Коэффициент стойкости в цементном тесте
0,99
4.
Стойкость на истечение жидкости из пены (первая капля), минут
50
5.
Кинематическая вязкость при 20 С мм<sup>2</sup>/с, не более
4,2
6.
Водородный показатель (рН)
8,5
7.
Температура застывания, °С
-3
Таблица 7
Пенобетоны неавтоклавного твердения
Наименование характеристик
Показатели характеристик пенобетона неавтоклавного твердения на модифицированном ГГРЦ
Усадка при высыхании, %
1,3
Предел прочности при сжатии, МПа
4,0-4,5
Коэффициент теплопроводности, λ<sub>с</sub>, Вт/м°С при р=800 кг/м<sup>3</sup>
0,21
Коэффициент паропроницаемости µ, мг/мчПа при ρ=800 кг/м<sup>3</sup>
0,144
Марка по морозостойкости, не менее
F 25
Сорбционная влажность, w<sub>с</sub>, % при относительной влажности 60%
5,77
Водопоглощение, по массе/по объему, %
78/54