ЯЧЕИСТЫЙ БЕТОН НА ОСНОВЕ КЕРАМИЧЕСКОЙ БЕЗОБЖИГОВОЙ КОМПОЗИЦИИ
FOAM CONCRETE BASED ON NON-FIRED CERAMIC COMPOSITION

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к составам для получения керамического композиционного материала, и может быть использовано для производства теплоизоляционного ячеистого бетона при изготовлении из этого материала стеновых блоков, плит, панелей и др., предназначенных для применения в жилищном, промышленном и гражданском строительстве.
Известно вяжущее для изготовления безобжиговых строительных материалов (см. а/с СССР №245629, кл. МКИ С04В 7/153, бюл. №19, 04.06.1969), включающее молотый доменный шлак, каолиновую глину и несиликатные соединения щелочных металлов, дающих в водных растворах щелочную реакцию.
Известен ячеистый бетон (см. а/с СССР №214367, кл. МКИ С04В 23/06, бюл. №11, 20.03.1968) на вяжущем, включающем молотый доменный шлак, каолиновую глину и несиликатные соединения щелочных металлов.
Недостатками данного вяжущего и ячеистого бетона на его основе являются низкая прочность, водостойкость и высокая хрупкость получаемых материалов.
Последующее развитие науки и опыта применения этих вяжущих, названных шлакощелочными вяжущими (см. Глуховский В.Д. и др. «Шлакощелочные цементы и бетоны», Киев, Будивельник, 1978), возникновение химии неорганических полимеров (см. Толстогузов В.Б. «Неорганические полимеры», М., Наука, 1967 г. и Сычев М.М. «Неорганические клеи». Л., Химия, 1986 г.) привели к пониманию условий создания совершенно новых материалов, подобных природным алюмосиликатам и цеолитам, обладающих высокими физико-механическими свойствами.
Известен ячеистый жаростойкий бетон по способу получения ячеистого жаростойкого бетона (см. патент RU №2103239, кл. МКИ С04В 38/02, бюл. №3, 27.01.1998), содержащий компоненты в следующем соотношении, мас.ч.:
Ферросилиций
60-125
Алюмосиликат
100
Жидкое стекло
80-125
Фторосодержащий компонент
10-20
Едкий натр
10-20
Мелкий заполнитель
125-130
К недостаткам известного ячеистого жаростойкого бетона следует отнести разброс показателей по плотности и прочности материала, особенно для особо легкого бетона, что обуславливается выбранной технологией вспучивания формовочной смеси из-за наличия пристеночного эффекта, перепада плотности по высоте и возможных колебаний температуры в объеме изделия.
Известны гидравлическая композиция и высокопрочный композитный материал по способу получения высокопрочного композитного материал (см. патент RU №2051135, кл. МКИ С04В 28/08, бюл. №36, 27.12.1995), содержащая компоненты в следующем соотношении, мас.ч.:
Молотый доменный шлак
100
Щелочной компонент (гидроксид натрия, гидроксид калия,
карбонат натрия, карбонат калия, силикат натрия,
метасиликат натрия)
0,1-5,0
Водорастворимый полимер (поли(мет)акриламид,
сополимер(мет)акриловой кислоты и (мет)акриламида,
частично гидролизованный поливинилацетат,
карбоксиметилцеллюлоза, гидроксипропилметилцеллюлоза,
натриевый поли(мет)акрилат с мол./м более 10000
1-15
Вода
5-30
Мелкий заполнитель (дымчатый кварц, оксид титана,
карбонат натрия, глина, тонкоизмельченный
кварцевый песок)
2-50
Недостатками известной гидравлической композиции высокопрочного композитного материала являются:
сж
- большой разброс прочностных показателей (Р=68-990 кг/кв.см) и показателей по водостойкости (коэф. размяг.=0,2-0,89);
- низкая водостойкость материала в более чем 80% составов из-за применения неводостойких полимеров;
- большой расход полимерных добавок в составах (до 15%), делающих затвердевший материал горючим, т.к. допускается по нормам не более 4%;
- повышенное содержание в выбранном шлаке СаО=42,2% и MgO=6,4% может приводить в определенных условиях к большим деформациям в твердеющем бетоне и деструктивным процессам.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому объекту, выбранным в качестве прототипа, является шлакощелочной ячеистый бетон (см. патент RU №2123484, кл. МКИ С04В 28/08, бюл. №35, 30.12.1998), включающий молотый доменный гранулированный шлак, низкомодульное жидкое стекло, порообразователь и дисперсно-армирующий материал, содержащая компоненты в следующем соотношении, мас.ч.:
Молотый доменный гранулированный шлак
100
Низкомодульное жидкое стекло
46,7-60,6
Пенообразователь
0,3-1,0
Дисперсно-армирующий материал
0,6
Недостатками известного шлакощелочного ячеистого бетона являются большие (до 6 часов) сроки затвердевания и высокая хрупкость материала.
Задачей изобретения является создание на основе керамического безобжигового композиционного материала вспененного ячеистого конструкционно-теплоизоляционного и особо легкого (плотностью 150-300 кг/куб.м) теплоизоляционного бетона, обладающего хорошей формуемостью, быстрым затвердеванием и набором прочности, высокими прочностными свойствами, водостойкостью и морозостойкостью, низким водопоглощением, отсутствием хрупкости и эффективными теплофизическими свойствами.
Данные задачи решаются согласно изобретению тем, что ячеистый бетон на основе керамической безобжиговой композиции, полученной смещением формовочной смеси, включающей щелочной компонент, минеральное связующее, дисперсно-армирующее волокно и воду, дисперсно-армирующее волокно содержит в качестве минерального связующего метакаолин и аморфный кремнезем, в качестве щелочного компонента - низкомодульное жидкое стекло и кремнефтористый натрий в качестве его отвердителя, в качестве полимерного связующего эмульсию акрилового сополимера эфира метакриловой кислоты и стирола с инициатором отверждения, и дополнительно вводятся гипсовое вяжущее в качестве ускорителя твердения пенобетона в начальные сроки, суперпластификатор в качестве отвердителя полимерного связующего, синтетический пенообразователь и полигидроксилаксановый гидрофобизатор, при этом ячеистый бетон содержит компоненты в следующем соотношении, мас.ч.:
Метакаолин
100
Аморфный кремнезем
10-20
Низкомодулъное жидкое стекло
100-130
Кремнефтористый натрий
15-30
Сополимер эфира метакриловой
кислоты и стирола
3-6
Суперпластификатор на основе
нафталинсульфокислоты и формальдегида
0,3-1,0
Гипсовое вяжущее
3-7
Синтетический пенообразователь
2-3
Гидрофобизатор
0,5-2,5
Стеклянные (базальтовые) волокна
0,3-0,5
Вода
20-50,
2
3
2
2
2
в смеси метакаолина, аморфного кремнезема и жидкого стекла стехиометрическое соотношение содержания основных окислов и воды АlО:SiO:NaO:НO выдерживается как 1:(2,1-4,5):(0,6-1,2):(3-7), а содержание окислов СаО и MgO в составе исходных компонентов не должно превышать 15%, и ячеистый бетон на основе керамической безобжиговой композиции содержит в качестве эмульсии акрилового сополимера сополимер эфира метакриловой кислоты и стирола, получаемый эмульсионным способом, «Акрэмос-512», в качестве инициатора отверждения акрилового сополимера и пластификатора формовочной смеси суперпластификатор на основе нафталинсульфокислоты и формальдегида «С-3», синтетический пенообразователь «Пионер-156», в качестве дисперсно-армирующего волокна стеклянные (базальтовые) волокна длиной 6 мм - 70% и длиной 12 мм - 30%.
Сущность изобретения состоит в том, что указанные признаки являются существенными вследствие получения новых технических, эксплуатационных и экономических эффектов.
2
3
2
2
2
Так, заявленное техническое решение в отличие от известных предлагает новый элементный состав формовочной смеси, в котором используется акриловый сополимер с отверждающим его инициатором отверждения, в результате отвержденный, в т.ч. при комнатной температуре, материал приобретает высокую эластичность, прочность и водостойкость. Кроме того, при введении в рецептуру формовочной смеси ячеистого бетона выбранного акрилового сополимера вспененная формовочная смесь гидрофобизируется, что исключает оседание формовочной смеси, а структура отвержденного материала гидрофобизируется в объеме. Поддержание в смеси метакаолина, аморфного кремнезема и жидкого стекла стехиометрического соотношения содержания основных окислов и воды АlО:SiO:NaO:HO в пределах 1:(2,1-4,5):(0,6-1,2):(3-7) обеспечивает получение высоких показателей материала по прочности и его водостойкости.
Таким образом, отличительными признаками заявленного состава являются новая рецептура керамической безобжиговой композиции с указанным стехиометрическим соотношением содержания основных окислов и воды в смеси метакаолина, аморфного кремнезема и жидкого стекла, использование акриловых сополимеров в производстве стройматериалов с отверждающими их инициаторами отверждения, введение в состав ячеистого бетона синтетического пенообразователя и гидрофобизатора.
Заявителю не известен состав для получения ячеистого бетона на основе керамического безобжигового композиционного материала с указанной совокупностью существенных признаков и заявленная совокупность существенных признаков не вытекает явным образом из современного уровня техники, что подтверждает соответствие заявляемого изобретения критериям "новизна" и "изобретательский уровень".
Предлагаемое изобретение поясняется примерами его выполнения, где в таблице 1 приведены составы формовочной смеси ячеистого бетона, а результаты физико-механических испытаний образцов, приготовленных из этих смесей, представлены в таблице 2.
Таблица 1
Составы смесей ячеистого бетона
Наименование компонентов
Соотношение компонентов в примерах, мас.ч.
1
2
3
Прототип
Доменный шлак
-
-
-
100
Метакаолин
100
100
100
-
Ферросилиций
-
-
10
-
Трепел
10
7-
-
-
Гипсовое вяжущее
5
3
-
-
Жидкое стекло
60
100
90
46,7-60,6
Кремнефтористый натрий
12
20
18
-
Акриловый сополимер
5
3
6
-
Суперпластификатор
1,0
0,5
0,8
-
Дисперсное волокно
0,5
0,3
0,5
0,6
Пенообразователь
2,0
2,5
3,0
0,2-1,0
Гидрофобизатор
-
-
1,0
-
Вода
40
35
45
-
-
Таблица 2
Физико-механические свойства ячеистого бетона
Наименование показателей
Значения показателей в примерах
1
2
3
Прототип
Плотность, кг/куб, м
320
430
290
150-400
Прочность при сжатии
в возрасте 28 сут., МПа
1,93
2,25
1,74
0,38-1,6
Потеря прочности при водонасыщении, %
16,7
14
8,1
-
Коэф. теплопроводности, Вт/м°С
0,08
0,092
0,076
0,07-0,1
Водопоглощение, %
62
54,1
7,3
-
Морозостойкость, цикл
35
35
35
-
Формовочную смесь ячеистого бетона готовят в смесителе роторного типа или по технологии раздельного приготовления пены и метакаолинового теста с последующим их смешиванием. Заформованные изделия могут твердеть на воздухе с обеспечением их защиты от высыхания в первые 8-10 суток или для ускорения процесса твердения подвергаться тепловой обработке при температуре до 100°С.
Использование изобретения в рамках предложенной рецептуры позволит получать удобоукладываемые формовочные пенобетонные смеси, обладающие быстрым затвердеванием и набором прочности, а затвердевший пенобетон - с повышенными физико-механическими свойствами, морозостойкостью и водостойкостью, отсутствием хрупкости, что обеспечивает получение плотных и прочных пенобетонов с эффективными теплофизическими характеристиками.