СУХАЯ СТРОИТЕЛЬНАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЯЧЕИСТОГО БЕТОНА
DRY MORTAR FOR PREPARATION OF CELLULAR CONCRETE

Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к приготовлению сухих смесей с добавлением пенообразующих и/или газообразующих средств, и может быть использовано в строительстве - монолитном домостроении для изготовления легких, прочных и теплоизоляционных стеновых конструкций и изделий из материалов на ее основе, а также в дорожном строительстве в качестве подстилающего слоя под дорожное покрытие.
3
Известна сырьевая смесь для приготовления ячеистого бетона на основе цемента (шлакопортландцемент М400) в качестве вяжущего, содержащая также кварцевый песок в качестве кремнеземистого компонента, суперпластификатор С-3, молотую негашеную известь, канифоль, 27-28%-ный раствор триэтаноламиновой соли алкилсульфатов, жидкое стекло с кремнеземистым модулем 2,8 с плотностью 1300 кг/м, гипс строительный и водопроводную воду /RU 2064913, кл. С04В 38/02 от 10.08.96/.
Введение гипса незначительно снижает усадку ячеистого бетона, однако имеет большое время распалубочной прочности и, как следствие, разницу в плотности и прочности верхних и нижних слоев. Кроме того, необходимость использования автоклавной технологии усложняет технологический процесс производства ячеистого бетона, приводит к высоким энергетическим временным затратам на производство и низким технико-экономическим показателям, таким как себестоимость.
Известна сырьевая смесь для приготовления ячеистого бетона на основе цемента или смеси цемента с гипсом и/или известью, где в качестве вяжущего используется портландцемент, шлакопортландцемент, пуццолановый цемент или их смесь. В качестве наполнителя в ней применяют песок, золу, шлак, тонкомолотый керамический или силикатный кирпич, пенообразователь и/или алюминиевую пудру, добавку (1…10 вес.%) /RU 2187485, кл. С04В 38/02 от 20.08.2002/.
Получаемый ячеистый бетон решает задачу однородности по высоте заливки при одновременном улучшении других показателей - сокращение цикла изготовления сырьевой смеси до автоклавного твердения, отсутствие усадки, однако использование автоклавной технологии усложняет технологический процесс производства ячеистого бетона, приводит к высоким энергетическим затратам на производство бетона и низким технико-экономическим показателям.
Также известна сырьевая смесь для производства ячеистого бетона на основе гипса, содержащая одну часть гипса, 0,1-0,15 части извести, 0,03-0,05 части цемянки (полученной помолом боя красного кирпича или обжигом глины при 700-800°С с последующим помолом), 0,8-0,9 воды и пенообразователь /Г.В.Нагибин, П.Ф.Павлов, М.А.Эллерн. Технология теплоизоляционных и гипсовых материалов. 2-е издание, переработанное и дополненное. М.: Высшая школа, 1973, стр.136-137/.
Наиболее близким техническим решением является легкий бетон на основе композиционного гипсового, который представляет собой смесь гипсового вяжущего с органо-минеральным модификатором - ОММ и порообразователем. ОММ состоит из портландцемента любой разновидности, кремнеземистой добавки, суперпластификатора, регулятора схватывания и твердения, полимерных добавок и загустителей. В качестве кремнеземистой добавки в ОММ используют золу-унос, керамическую пыль, отходы производства керамических изделий, стеклянный бой, мелкий кварцевый песок, микрокремнезем, кремнегель, отработанный силикагель и подобные материалы, а в качестве пластификатора - суперпластификатор С-3, лигносульфонаты технические и др. /Ю.Б. Баженов и др. Технология сухих строительных смесей. М.: АСВ, 2003, стр.21-27/.
Использование гипса в качестве вяжущего улучшает ряд характеристик, таких как сокращение производственно-технологического цикла, сокращение энергозатрат, улучшение физико-механических свойств - прочность при сжатии наступает через два часа, в несколько раз уменьшается время достижения распалубочной прочности, снижается стоимость получаемой продукции, при этом не используется автоклавная технология. Однако после выдержки изделия подвергаются сушке в сушильной камере при температуре 40-50°С в течение 16 часов. Кроме того, получаемые изделия из ячеистого бетона на основе гипса обладают пониженной прочностью и недостаточной морозостойкостью и водостойкостью.
Технической задачей данного изобретения является упрощение производственно-технологического цикла приготовления ячеистого бетона и изделий из него с одновременным улучшением физико-механических свойств.
Техническая задача и промышленная применимость данного изобретения обеспечиваются тем, что сухая строительная смесь для приготовления ячеистого бетона на основе гипсового вяжущего содержит гипсовое вяжущее, модифицирующую добавку и пенообразователь и/или газообразователь при следующем соотношении компонентов, мас.%:
гипсовое вяжущее
60,0-95,0
модифицирующая добавка
4,99-37,0
пенообразователь и/или
газообразователь
0,01-3,0
2
при этом модифицирующая добавка имеет удельную поверхность 1000-10000 м/кг, средний размер частиц не более 50 мкм, гидравлическую активность СаО в возрасте 28 суток при температуре 20°С не менее 1 мг/г и содержит, мас.%:
гидравлическое вяжущее
50,0-90,0
активный минеральный компонент
9,9-45,0
пластифицирующая добавка
0,1-5,0
регулятор сроков схватывания и твердения
0,1 сверх 100%
стабилизатор
1,0 сверх 100%.
Причем в качестве гипсового вяжущего используют гипс полуводный или ангидрит или их смесь в любой пропорции.
Гидравлическое вяжущее содержит одну из следующих составляющих или смешанные в любой пропорции: портландцемент любой разновидности, белый цемент, цветной цемент, глиноземистый цемент, гидравлическую известь.
Активный минеральный компонент содержит одну из следующих составляющих или смешанные в любой пропорции: золу-унос, золу рисовой шелухи, золу гречневой шелухи, золу и шлаки ТЭЦ, доменные шлаки, керамическую пыль, отходы производства керамических изделий, метакаолин, мелкий кварцевый песок, микрокремнезем, пемзу, стеклянный бой, кремнегель, туф, диатомит, белую сажу, аэросил, отходы производства соединений алюминия - остатки эпокситов, содержащие глинистые частицы и аморфный кремнезем.
В качестве пенообразователя используют известные компоненты на основе натурального или синтетического сырья, например пенообразователь марки «Пионер», а в качестве газообразователя - перекись водорода, алюминиевую пудру и другие.
Регулятором сроков схватывания и твердения в заявленном изобретении могут быть замедлитель твердения гипса - натуральная винная кислота, лимонная кислота, яблочная кислота, клей казеиновый или ускоритель твердения гипса - двуводный гипс, карбонат натрия, сульфат меди, сульфат железа.
В качестве стабилизатора используют гидроксиэтилцеллюлозу, гидроксипропилцеллюлозу, этилцеллюлозу, карбоксиметилцеллюлозу, гидроксиметилпропилцеллюлозу.
Пластифицирующая добавка представлена в виде суперпластификатора, содержащего одно из следующих или смешанные в любой пропорции: пластификаторов на основе сульфированных меламиноформальдегидных соединений, пластификаторов на основе сульфированных нафталинформальдегидных соединений, пластификаторов на основе модифицированных лигносульфонатов или пластификаторов на основе водорастворимых карбоксилатных полимеров. В качестве пластифицирующей добавки, являющейся смесью вышеуказанных пластификаторов, может использоваться, например, смесь, содержащая, мас.%: пластификатор на основе сульфированных нафталинформальдегидных соединений 70, пластификатор на основе модифицированных лигносульфонатов 30, или смесь, содержащая, мас.%: пластификатор на основе сульфированных меламиноформальдегидных соединений 90, пластификатор на основе водорастворимых карбоксилатных полимеров 10, или смесь, содержащая, мас.%: пластификатор на основе модифицированных лигносульфонатов 90, пластификатор на основе водорастворимых карбоксилатных полимеров 10, или смесь, содержащая, мас.%: пластификатор на основе модифицированных лигносульфонатов 60, пластификатор на основе водорастворимых карбоксилатных полимеров 40.
2
2
При этом значении удельная поверхность добавки существенно увеличивается от 1000 до 10000 м/кг. Модифицирующая добавка имеет показатели, удовлетворяющие следующим требованиям - с удельной поверхностью не менее 1000 м/кг, со средним размером частиц не более 50 мкм и гидравлической активностью СаО в возрасте 28 суток при температуре 20°С не менее 1 мг/г.
Приготовление ячеистого бетона на основе сухой строительной смеси, содержащей гипсовое вяжущее, модифицирующую добавку и пенообразователь и/или газообразователь, осуществляют по любой известной схеме, например с использованием баротехнологии, то есть путем смешения смеси под высоким давлением, или по классической схеме, или с использованием пеногенератора, при этом сухие компоненты перемешивают в обычном смесителе, а производство добавки для модификации гипсовых вяжущих, строительных растворов и бетонов на их основе включает два этапа. Сначала отдозированные компоненты добавки предварительно перемешиваются в смесителе принудительного действия. На втором этапе полученную смесь подают в смеситель-активатор центробежно-ударного типа непрерывного действия, например СЦУ-450.
Для иллюстрации получения ячеистого бетона на основе сухой строительной смеси, содержащей гипсовое вяжущее, модифицирующую добавку и пенообразователь и/или газообразователь, приведены ниже примеры конкретного выполнения.
Пример 1
Для экспериментальной проверки заявляемого состава была приготовлена следующая сырьевая смесь ингредиентов (% по массе):
1. гипсовое вяжущее - полуводный гипс
72
2. модифицирующая добавка
27
при этом добавка следующего состава (% по массе):
- гидравлическое вяжущее - портландцемент
87,9
- активный минеральный компонент - микрокремнезем
10,0
- суперпластификатор - Мелфлюкс
1,0
- замедлитель твердения гипса - винная кислота натуральная
0,1 (сверх 100%)
- стабилизатор - гидроксиэтилцеллюлоза
1,0 (сверх 100%)
3. пенообразователь - Пионер-118
1,0.
Испытания проводились в соответствии с ГОСТ-21520-89. Результаты испытаний образцов ячеистого бетона приведены в таблице 2. Полученный состав обладает улучшенными физико-механическими характеристиками - высокой плотностью, высокой прочностью на сжатие, высокой прочностью на растяжение, морозостойкостью, высокой стойкостью к атмосферному воздействию.
Пример 2
Для экспериментальной проверки заявляемого состава была приготовлена следующая сырьевая смесь ингредиентов (% по массе):
1. гисовое вяжущее - полуводный гипс
80,0
2. модифицирующая добавка
19,5
при этом добавка следующего состава (% по массе):
- гидравлическое вяжущее - портландцемент
87,9
- активный минеральный компонент - микрокремнезем
10,0
- суперпластификатор - С-3
1,0
- замедлитель твердения гипса - винная кислота натуральная
0,1 (сверх 100%)
- стабилизатор - гидроксипропилцеллюлоза
1,0 (сверх 100%)
3. газообразователь - порошок алюминия марки ПАП-31
0,5
Испытания проводились в соответствии с ГОСТ-21520-89. Результаты испытаний образцов ячеистого бетона приведены в таблице 2. Полученный ячеистый бетон имеет среднюю прочность и среднюю объемную массу, обладает улучшенными физико-механическими характеристиками - хорошей прочностью на сжатие, морозостойкостью и хорошей стойкостью к атмосферному воздействию.
Пример 3
Для экспериментальной проверки заявляемого состава была приготовлена следующая сырьевая смесь (% по массе):
1. гипсовое вяжущее - полуводный гипс
90,0
2. модифицирующая добавка
7,0
при этом добавка следующего состава (% по массе):
- гидравлическое вяжущее - портландцемент
58,0
- активный минеральный компонент - бой стекла (до 3 мм)
40,0
- суперпластификатор - ЛСТ
0,9
- замедлитель твердения гипса - винная кислота натуральная
0,1 (сверх 100%)
- стабилизатор - гидроксиэтилцеллюлоза
1,0 (сверх 100%)
3. пенообразователь и газообразователь - Пионер-118
и ПАП-31 при соотношении по массе 1:1
3,0.
Испытания проводились в соответствии с ГОСТ-21520-89. Результаты испытаний образцов ячеистого бетона приведены в таблице 2.
2
В таблице 1 приведены сравнительные характеристики известных и предложенного ячеистых бетонов. Как видно из примера, несмотря на то что для модификации гипсовых вяжущих использовано всего 7% добавки, полученный легкий бетон обладает высокой подвижностью, морозостойкостью и высокой стойкостью к атмосферному воздействию, при этом значение удельной поверхности добавки равно 600 м/кг.
Таким образом, предложенное изобретение обеспечивает достижение задачи упрощения и ускорения производственно-технологического цикла получения ячеистого бетона и изделий из него в несколько раз с одновременным улучшением физико-механических свойств - высокой прочности на сжатие, высокой прочности на растяжение, морозостойкости, высокой стойкости к атмосферному воздействию. Как результат, значительно снизились энергетические и временные затраты и себестоимость получаемой продукции из ячеистого бетона.
Таблица 1
Параметры
Предлагаемый состав
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Прототип
1. Прочность на сжатие, МПа: 28 суток
52
55
35
30
2. Прочность на растяжение при изгибе, МПа: 28 суток
30
36
16
12
3. Срок схватывания, мин:
Начало
30
50
30
10
Окончание
60
90
60
20
4. Водотвердое отношение
0,18
0,20
0,18
0,26
5. Морозостойкость, циклов
50
60
40
30
6. Коэффициент размягчения
0,86
0,90
0,82
0,80
7. Водоудерживающая способность, %
99
99
99
70-75
8. Подвижность смеси по
Сутгарду, мм
Через 5 мин
250
250
250
200
Через 10 мин
250
250
250
150
Через 15 мин
250
250
250
70
Таблица 2
Параметры
Предлагаемый состав
Прототип
Аналог
Пример 1
Пример 2
Пример 3
1. Прочность на сжатие, мПа: 28 суток
3,5
3,5
4
1,8
3
2. Сроки схватывании, мин:
начало
30
30
30
10
240
окончание
60
60
60
20
480
3. Водотвердое отношение
0,43
0,20
0,18
0,67
0,35
4. Морозостойкость, циклов
30
30
30
2
20-30
5. Коэффициент размягчения
0,8
0,84
0,9
0,3
0,9
6. Время распалубочной прочности, час
2
2
2
2
24
7. Усадка, %
0
0
0
0
до 2
8. Плотность, кг/м
верхнего слоя
600
600
600
600
500
нижнего слоя
600
600
600
600
700
9. Время сушки изделия в сушильной камере, час
0
0
0
16
24