Способ производства строительных элементов из полистиролбетона
PRODUCTION METHOD OF CONSTRUCTION ELEMENTS FROM POLYSTYRENE CONCRETE

Изобретение относится к производству строительных конструкций, в частности полистиролбетонных изделий, обладающих теплоизоляционной и конструктивной надежностью.
Известен (RU, патент2150446, опубл. 01.12.1998) способ изготовления полистиролбетонных изделий из состава, содержащего портландцемент, гранулированный вспененный полистирол, армирующий материал (целлюлоза и вермикулит), воздухововлекающую добавку-смолу древесную омыленную, пластифицирующую добавку и воду, включающий подачу в бетоносмеситель расчетного количества гранулированного вспененного полистирола, смачивание его частью воды затворения при перемешивании, введении цемента, оставшейся части воды затворения, воздухововлекающей и пластифицирующей добавок, перемешивании смеси, формование изделий и их термообработку.
Недостатком способа следует признать использование волокнистых материалов, ухудшающих санитарные условия производства, так как волокна повышают запыленность воздуха рабочей зоны, неравномерность распределения компонентов смеси между собой вследствие одновременного их перемешивания в бетоносмесителе, использование в технологии токсичных формальдегидов и фенолов, необходимость применения тепловой энергии для тепловой обработки формованных изделий, применение в качестве армирующего материала следующих компонентов целлюлозы, набухающей в воде, вермикулита, а также минеральных и стеклянных волокон, имеющих диаметр от 1 до 12 мкм, длину 2-50 мм, которые, во-первых, практически невозможно равномерно распределить в смеси и, во-вторых, в процессе перемешивания волокна разрушаются (укорачиваются, расщепляются), что в совокупности приводит к снижению прочности готовых изделий.
3
Известен также (RU, патент 2223931, опубл. 20.04.2002) способ изготовления полистиролбетонных изделий из состава, содержащего портландцемент, гранулированный вспененный полистирол, армирующий материал, воздухововлекающую добавку - смолу древесную омыленную, пластифицирующую добавку и воду, включающий подачу в бетоносмеситель расчетного количества гранулированного вспененного полистирола, смачивание его частью воды затворения при перемешивании, введение цемента, оставшейся части воды затворения, воздухововлекающей и пластифицирующей добавок, перемешивание смеси, формование изделий и их термообработку, причем 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 ч при температуре 15-35°С, для смачивания гранулированного вспененного полистирола, имеющего насыпную плотность 25-30 кГ/м, фракций диаметром 3-5 мм, используют 1/3 часть воды затворения и перемешивают в течение 0,5-1,5 мин, после введения в смеситель портландцемента марки 400-500 смесь перемешивают 30-60 с, 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 мин 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)×(50-100)d в 2-4 слоя и связующими поперечными прутками диаметром (l,0-4)d с шагом (100-200)×(100-200)d, где d - средний диаметр гранул полистирола, причем 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 ч, на полученное полистиролбетонное изделие, после его распалубки, распыляют воду 1 раз в три дня в течение 30 дней, начиная с 8 дня после укладки смеси в опалубке, при этом используют состав, включающий, мас. %:
Недостатком известного способа можно признать сложность технологии, а также низкую механическую прочность получаемых строительных элементов
Известен (RU, патент 2082695, опубл.) способ изготовления экологически чистых легких полистиролбетонных изделий, заключающийся в том, что сначала изготавливают пенополистирольный заполнитель - проводят термостатированную обработку гранул пенополистирола, а затем обрабатывают их комплексной химической добавкой, состоящей из смеси дикарбоновых кислот, смеси солей органических кислот и смолы древесной омыленной при следующем соотношении компонентов, мас. %: цемент 67-75; гранулированный термостатированный пенополистирол 4,75-5,55; комплексная химическая добавка 0,25-0,45 и вода - остальное. Приготавливают смесь из указанного заполнителя, минерального вяжущего, комплексной добавки и воды, распределяют и уплотняют ее в формах, осуществляют твердение и распалубку.
Недостатком известного способа изготовления полистиролбетонных изделий являются низкая производительность и высокая трудоемкость изготовления полистиролбетонных изделий, а также малая механическая прочность.
Известен (RU, патент 2230717, опубл.) способ изготовление изделий из полистиролбетона. Известный способ включает изготовление заполнителя - полистирола вспененного гранулированного (ПВГ), приготовление полистиролбетонной смеси (ПСБ) из указанного заполнителя, минерального вяжущего, комплексной добавки и воды, ее распределение и уплотнение в формах, твердение и распалубку. При этом изготовление ПВГ осуществляют вспениванием гранул полистирола по одно- или многостадийной технологии при температуре 60-105°С, а приготовление смеси производят в следующем порядке: в бетоносмеситель подают расчетное количество указанного ПВГ, смачивают его 1/3-1/4 частями воды затворения, перемешивают в течение 5-20 с, затем одновременно подают: минеральное вяжущее, комплексную 3-х компонентную (воздухововлекающую, пластифицирующую и ускоряющую твердение) добавку, остальную воду, перемешивают не менее 2,0 мин до получения однородной смеси заданной плотности, полученную свежеприготовленную смесь распределяют в формах, подвергают уплотнению путем вибрации в течение 15-60 с, твердение ПСБ осуществляют в пакетируемых термоформах под пригрузом, обеспечивающим давление не менее 0,03 МПа, при естественных условиях или тепловой обработке острым паром, или электропрогреве по режиму: предварительная выдержка в течение 0,5-1 ч, подъем температуры до 50-60°С не менее 1 ч, термосное выдерживание не менее 3 ч при температуре 60-85°С, распалубку производят при достижении ПСБ распалубочной прочности не менее 0,2 МПа. Особенностью этого способа также является использование в качестве минерального вяжущего портландцемента или шлакопортландцемента с минерально-полимерной добавкой и тонкомолотым шлаком. Кроме того, для ускорения твердения ПСБ предусматривается возможность использования воды с температурой не более 70°С (наряду с электропрогревом или пропариванием изделий).
Недостатком известного способа следует признать сложность технологии и невысокую механическую прочность получающихся строительных элементов.
Данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога разработанного устройства.
Техническая проблема, решаемая с использованием разработанного устройства, состоит в расширении ассортимента строительных конструкций.
Технический результат, достигаемый при реализации разработанного технического решения, состоит в повышении механической прочности при расширении области применения строительных элементов из полистиролбетона и упрощении технологии.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ производства строительного элемента из полистиролбетона. Согласно разработанному способу в форму для изготовления элемента на заданной высоте помещают, по меньшей мере, в один ряд армирующие элементы в виде стального прутка диаметром от 4 мм до 25 мм или полимерного стержня диаметром от 4 до 25 мм, причем элементы арматуры расположены в виде сетки с проемами в виде геометрических фигур, в виде перемычек, тригонов или ферм (аналог конструкции мостовых ферм) в один или несколько рядов, элементы арматуры помещены в полистиролбетон плотностью от 100 до 1000, причем полистиролбетон выполнен с использованием (полистирольного вспенивающего бисера в виде гранул сферической формы, имеющими средний размер (диаметр) в пределах 0,2-2 мм, портландцементов или шлакопортландцементов, воды пластифицирующих и регулирующих твердение химических добавок в соответствии с ГОСТ 24211, фибры, причем в некоторых случаях в качестве заполнителя используют порошкообразные добавки) при этом, по меньшей мере, на двух противоположных торцевых поверхностях элемента выполняют элементы крепления строительных элементов между собой.
В качестве элемент крепления элементов используют крепление типа паз-гребень, г - образное крепление, т - образное крепление, соединением под углом от 30 до 330 градусов.
При использовании крепления типа паз-гребень используют зазор между элементами крепления паз-гребень до 20 мм.
В одном из вариантов реализации способа изготавливают стеновую панель размером шириной от 100 до 800 мм, длина от 100 до 6000 мм, высота от 100 до 6000 мм с расположением арматуры, по меньшей мере, в один или несколько слоев.
Еще в одном варианте реализации способа изготавливают потолочную панель либо плиту перекрытия толщиной толщина от 150 до 600 мм, длина от 300 до 9000 мм, ширина от 100 до 2500 мм. с армированием сеткой, с образованием проемов в форме тригонометрических фигур, применением армированных ферм, причем сетка расположена в один или несколько рядов, по меньшей мере, в один слой и выполнена с применением полимерной или стальной арматуры.
Еще в одном варианте реализации способа изготавливают фундаментный блок с размерами ширина от 200 до 600 мм, длина от 300 до 3000 мм, высота от 300 до 3000 мм.
Еще в одном варианте реализации способа изготавливают кровельную плиту с размерами: толщина от 150 до 600 мм, длина от 300 до 9000 мм, ширина от 100 до 2500 мм.
Еще в одном варианте реализации способа изготавливают элемент фронтона, выполненный в виде прямоугольного, равностороннего или равнобедренного треугольника с основанием 300 до 6000 мм и высотой от 300 до 7000 мм.
Разработанный способ реализуют следующим образом.
3
В форму (металлическую деревянную или пластмассовую) для изготовления элемента на заданной высоте помещают, по меньшей мере, в один или несколько рядов армирующие элементы в виде стального прутка диаметром или полимерного стержня диаметром от 4 мм 25 мм, причем элементы арматуры располагают в виде сетки с проемами в виде геометрических фигур или в виде перемычек между противоположными сторонами формы, или в виде тригонов, или ферм типа мостовых. Форму заполняют полистиролбетоном, изготовленным с использованием полистирольного вспенивающегося бисера с гранулами сферической формы, имеющими средний размер (диаметр) в пределах 0,2-2 мм, портландцемента или шлакопортландцемента, воды, пластифицирующих и регулирующих твердение химических добавок в соответствии с ГОСТ 24211, и, в некоторых случаях, фибры, в некоторых случаях в качестве заполнителя используются порошкообразные добавки) плотностью от 100 до 1000 кг/м, при этом, по меньшей мере, на двух противоположных торцевых поверхностях элемента отформовывают элементы крепления строительных элементов между собой. В качестве элемента крепления элементов используют крепление типа паз-гребень, г - образное крепление, т - образное крепление, соединением под углом от 30 до 330 градусов. При использовании крепления типа паз-гребень используют зазор между элементами крепления паз-гребень до 20 мм. При этом можно изготовить стеновую панель размером по толщине от 150 мм до 800 мм, высотой от 300 мм до 3000 мм при ширине 300 мм до 3000 мм с расположением арматуры, по меньшей мере, в один слой, или потолочную панель либо плиту перекрытия толщиной от 150 мм до 400 мм, шириной от 300 мм до 2000 мм, длиной от 300 мм до 9000 мм с армированием сеткой, с образованием проемов в форме тригонометрических фигур, причем сетка расположена, по меньшей мере, в один слой и выполнена с применением полимерной или стальной арматуры, или фундаментный блок с размерами: ширина от 200 до 600 мм, длина от 300 до 3000 мм, высота от 300 до 3000 мм, или кровельную плиту с размерами: толщина от 150 до 600 мм, длина от 300 до 9000 мм, ширина от 100 до 2500 мм, или элемент фронтона, выполненный в виде прямоугольного, равностороннего или равнобедренного треугольника с основанием 300 до 6000 мм и высотой от 300 до 7000 мм, где армирующие элементы устанавливают в виде фермы.
В дальнейшем разработанный способ будет проиллюстрирован примером реализации.
С силоса посредством шнека подают цемент в бункер, по транспортерной ленте подают полистирол в некоторых случаях порошкообразные добавки, затем автоматически дозированно подают содержимое бункера в смесительную установку, в установку добавляют воду, пластификаторы и смешивают. Затем посредством насоса по шлангу подают готовую смесь в установленную вертикально или горизонтально опалубку, в которой закреплены армирующие элементы в один или несколько рядов. Смесь в опалубку заливают выше на 2-3 см от требуемого размера, в опалубке выполнены проемы так же элементы для обеспечения залития пазов, не допускается виброобработка смеси. Затем происходит сушка в залитой опалубке в естественной среде при температуре не ниже 7 градусов Цельсия. После двух суток разбирают опалубку, срезают лишние залитые 2-3 см, после чего элементы досыхают еще в течение 2-3 дня до достижения твердого состояния бетона.
Экспериментально установлено, что механическая прочность разработанной конструкции, измеренная по ГОСТ Р 57335-2016, относительно технического решения, использованного в качестве ближайшего аналога, повышается в среднем, в зависимости от варианта выполнения элемента, в 2,2 раза