СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРУПНОПОРИСТЫХ БЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ, МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И СООРУЖЕНИЙ
METHOD FOR CONTINUOUS PRODUCTION OF POPCORN CONCRETE ARTICLES, MONOLITHIC STRUCTURES AND FACILITIES

Предлагаемое изобретение относится к строительству, а именно к способам изготовления изделий, монолитных конструкций и сооружений из крупнопористого бетона.
Известен способ изготовления крупнопористых керамзитобетонных изделий путем предварительного приготовления связующего в виде цементно-клеевого состава, содержащего цемент, воду и добавку в виде порошка латекса или I IB А, дальнейшего смешивания приготовленного цементно - клеевого состава с керамзитовым заполнителе, укладку в форму верхнего, среднего и нижнего слоя из смешанного с цементно-клеевым составом заполнителя, при этом для верхнего и нижнего слоя используют мелкие фракции заполнителя, а для среднего слоя - керамзит более крупной фракции; причем нижний и верхний слои могут быть выполнены с декоративной отделкой, а после укладки слоев производят отвердевание отформованной конструкции (см., например, патент РФ №2 401 367, кл. Е04В 2/04, 2009 г.).
Однако, вследствие применения для смешивания компонентов смеси при реализации рассматриваемого способа «любого известного в строительстве бетоно - и растворо-смесительного оборудования», как это указывается в описании известного способа, на поверхности зерен заполнителя образуется оболочка значительной толщины (более 2-х мм), а раствор часто заполняет поровое пространство между зернами крупного заполнителя, что приводит не только к значительному перерасходу цемента на производство изделий, но к повышению плотности материала и ухудшает теплотехнические показатели бетонных изделий.
Также известен способ изготовления крупнопористого бетона с использованием нового типа смесительного оборудования, а именно смесителя - капсулятора. Известный способ включает предварительное изготовление в традиционной растворомешалке цементного «молочка», смешивание в смесителе - капсуляторе цементного вяжущего в течение 1-3 мин. с крупным заполнителем, укладку приготовленной бетонной смеси в форму и твердение смеси (см., например, патент РФ №2 248 953, кл. С04В 40/00, 2003 г.).
Использование в известном способе для приготовления крупнопористой бетонной смеси смесителя - капсулятора периодического действия обеспечивает за счет интенсивного втирания в поверхность заполнителя заранее приготовленного вяжущего без образования какого - либо излишка цементного вяжущего. При этом на поверхности заполнителя образуется сплошная прочная оболочка - капсула толщиной 1-1,5 мм, обеспечивающая получение из приготовленной таким образом смеси бетонных изделий со стабильно высокими физико - техническими показателями: средняя плотность изделий при использовании в качестве крупного заполнителя керамзита составляет 400-500 кг/м3, коэффициент теплопроводности не превышает 0,13 Вт/м. °С при достаточной механической прочности крупнопористых изделий, а общая масса зданий, построенных с использованием таких изделий, снижается на 30-50%.
Однако цикличность работы смесителя - капсулятора, применяемого при реализации известного способа, заметно понижает эффективность его применения в виду малой производительности, не превышающей 1-2 куб. м в час, а также трудозатрат на загрузку компонентов бетонных смесей и их выгрузку.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ непрерывного изготовления изделий из крупнопористого бетона путем предварительного приготовления цементного теста, смешивания его с крупным плотным или пористым заполнителем, укладки и уплотнения приготовленной бетонной смеси с использованием легкого трамбования или штыкования и твердения отформованных изделий (см., например, «Рекомендации по технологии крупнопористого бетона». - М., - НИИЖБ. - 1980. -27 с).
В рассматриваемом способе предварительно приготовленный цементный раствор подают на смешивание со значительным избытком для обеспечения в бетонном смесителе более равномерного обволакивания зерен крупного заполнителя, с последующим и сливом его избытка. Необходимость применения избытка цементно-водного раствора приводит к существенному усложнению приготовления смеси крупнопористого бетона, перерасходу связующего при изготовлении изделий, повышению энерго- и материальных затрат на реализацию способа.
Цель изобретения - повышение производительности процесса, снижение расхода вяжущего, уменьшение материальных и энергозатрат на приготовление крупнопористого бетона, снижение себестоимости при обеспечении повышение качества крупнопористого бетона - минимальной объемной массы, лучшей теплоизоляционной способности и достаточной прочности.
Поставленная цель достигается тем, что способ непрерывного изготовления крупнопористых бетонных изделий, монолитных конструкций и сооружений путем предварительного приготовления цементного раствора и последующего его смешивания с крупным заполнителем, укладки приготовленной бетонной смеси в формы или опалубку и отвердевания ее, отличающийся тем, что подачу, смешивание и капсулирование крупного заполнителя цементным раствором производят в вертикальном потоке с одновременным воздействием на компоненты силы тяжести и центробежной силы, формирующих в течение от 10 с до 20 с сплошную оболочку-капсулу из цементного раствора на зерне крупного заполнителя, при соотношении компонентов по объему от 11,5:1 до 49:1 (по массе от 92: 8 до 98: 2), при этом водоцементное отношение цементного раствора выбирают соответственно в пределах от 0,25 до 0,50.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что непрерывная подача и смешивание крупного заполнителя и цементного вяжущего (цементного раствора) с образованием единого потока сверху вниз под действием силы тяжести и центробежной силы на внутренней поверхности капсулятора позволяет минимизировать расход компонентов и практически исключить потерю связующего при изготовлении изделий с соотношением (по объему) компонентов, выбранном в пределах от 1:11,5 до 1:49 (по массе 92:8 до 98:2).
Непрерывная подача и скоростная высокопроизводительная обработка зерен крупного пористого заполнителя капсулирующим цементным раствором по предлагаемому изобретению, реализует непрерывность процесса капсулирования, позволяет снизить расход вяжущего и повышает производительность процесса изготовления монолитных конструкций и строительных блоков с обеспечением высокого качества изделий.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.
Предварительно готовят цементно - песчаный раствор путем смешивания в лопастном смесителе (типа БС-1) цемента, песка и воды при водоцементном отношении В/Ц, выбранном в пределах от 0,25 до 0,50. Затем при соотношении компонентов: «цементное вяжущее - крупный легкий заполнитель», взятом в пределах от 1:11,5 до 1:49 (по объему) или при соотношении по массе: от 8:92 до 2:98, осуществляют непрерывную подачу и смешивание компонентов до получения однородной крупнопористой бетонной смеси, при этом продолжительность смешивания составляет от 10 с до 20 с.
Из приготовленной крупнопористой бетонной смеси изготавливают либо формованные изделия путем укладки смеси в металлические формы, либо монолитные ограждающие конструкции путем подачи и укладки приготовленной бетонной смеси в заранее установленную опалубку, после чего изделия или уложенный в опалубку в виде монолитной конструкции крупнопористый бетон подвергают тепловой обработке или естественному твердению.
3
В качестве крупного легкого заполнителя в предлагаемом способе могут быть использованы неорганические зернистые заполнители природного происхождения (пемзы, вулканические шлаки, туфы и т.п.) средней плотностью до 900 кг/м, а также керамзитовый гравий, производимый в стройиндустрии различных стран.
Керамзитовый заполнитель представляет собой легкий пористый материал ячеистого строения в виде гравия, получаемый при обжиге легкоплавких глинистых пород, способных вспучиваться при быстром нагревании до температуры 1050-1300°С в течение 25-45 мин.
3
Качество керамзитового заполнителя характеризуется размером его зерен, средней плотностью и прочностью. В зависимости от размера зерен керамзитовый заполнитель (гравий) делят на следующие фракции: 5-10, 10-20 и 20-40 мм, зерна менее 5 мм относят к керамзитовому песку. В зависимости от насыпной плотности (в кг/м) гравий делят на марки от 150 до 800. Водопоглощение керамзитового гравия 8-20%, морозостойкость должна быть не менее 25 циклов.
2
2
3
2
3
Сырьем для производства керамзита служат глинистые породы, относящиеся, в основном, к осадочным горным породам. Глинистые породы отличаются сложностью минералогического состава и, кроме глинистых минералов (каолинита, монтмориллонита, гидрослюды и др.), содержат кварц, полевые шпаты, карбонаты, железистые, органические примеси. Для производства керамзита наиболее пригодны монтмориллонитовые и гидрослюдистые глины, содержащие не более 30% мае. кварца. Общее содержание SiO должно быть не более 70% мас., AlO - не менее 12% мас., FeO+FeO - до 10% мас., органических примесей - 1-2% мас..
Заполнители вулканического происхождения: вулканическая пемза, вулканический пепел, вулканические шлаки и туфы,- относятся к пористым горным породам. Богатые месторождения таких заполнителей можно встретить в Грузии, Армении и на Камчатке. По своим физико-механическим характеристикам вулканические шлаки, пепел и др. из различных месторождений Грузии отличаются друг от друга и могут применяться в строительстве для различных целей.
Вулканическая пемза это пористое стекло. Пемза встречается преимущественно в виде залежей песка, щебня и более крупных обломков. Производство пемзовых заполнителей состоит в разработке карьеров, дроблении и сортировке материалов. Насыпная плотность пемзового песка различных месторождений составляет 600…1100 кг/м3, щебня - 400…900 кг/м3, предел прочности при сжатии составляет 2,5-40МПа. Легкие разновидности пемзы используют в качестве заполнителей для теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов.
2
2
3
Вулканический шлак представляет собой излившуюся вулканическую крупнопористую сыпучую породу, состоящую из вулканического стекла. В Грузии месторождения вулканического шлака в основном представляют собой пологопадающую покровную залежь песчано-щебеночной смеси. По внешнему виду вулканические шлаки напоминают дробленый керамзит, имеют разную крупность, начиная от пылевидных частиц песка и щебня до крупных камней объемом в несколько м3. Вулканические шлаки морозо - и водостойки, а по химическому составу и свойствам схожи с керамзитом: насыпная плотность вулканического щебня (как и керамзита) - 400…850 кг/м3, песка - 650…1300 кг/м3, содержание SiO в вулканических шлаках так же, как и в керамзите, составляет не более 70 мас. %, А1О - 17,5-13,9 мас. % (т.е. не менее 12%). Песок, щебень, а также крупные глыбы вулканического шлака перерабатываются в заполнители частичным дроблением и фракционированием.
Вулканический пепел применяют в строительстве в качестве мелкого заполнителя в керамзитобетоне, а также в штукатурных растворах. Средняя плотность вулканического пепла составляет 500…1300 кг/м3, пористость - 50-70%, водопоглощение не превышает 35%.
Вулканические туфы это мелкопористые породы, образовавшиеся из вулканического пепла с различной степенью уплотнения и спекания. Наиболее значительные месторождения - в Армении. Туфы используются для производства стеновых камней и крупных блоков. Образующиеся при разработке карьеров камнерезными машинами отходы после дробления и сортировки дают щебень с насыпной плотностью 600…800 кг/м3 и песок 700…1000 кг/м3, пригодные для легких бетонов.
Однако некоторые виды туфов недостаточно водостойки и морозостойки. Применение таких туфов в качестве заполнителей для легких бетонов, подвергающихся климатическим воздействиям, не рекомендуется.
На фиг 1-6 приведены иллюстрации к примерам осущесивления заявляемого способа:
- нафиг.1 - фото примененного капсулятора-смесителя;
- на фиг 2 - фото капсулированного гравия в несъемной опалубке из облицовочного кирпича;
- на фиг 3 - фото стены по предлагаемому изобретению после съема инвентарной опалубки;
на фиг 4 - фото складированных крупногабаритных блоков;
на фиг 5 - фото кладки стены из крупногабаритных блоков;
на фиг 6 - фото подъема крупногабаритного блока при монтаже. Примеры осуществления способа.
Пример 1. Для проведения испытаний предварительно готовят цементный раствор с водоцементным отношением 0,25. Затем непрерывно (в потоке) в приемное верхнее отверстие вертикальной рабочей камеры капсулятора-смесителя (фиг. 1) подают предварительно приготовленный цементный раствор и крупнопористый заполнитель при соотношении «заполнитель: цементное вяжущее» =92:8 (по массе) или по объему(1:11,5). При этом в качестве крупного заполнителя берут керамзитовый гравий плотностью 400 кг на куб. м. Смешивание компонентов производят в течение 20 с. Готовая капсулированная смесь подается брезентовым чулком в межпалубное пространство строящейся крупнопористобетонной стены. Из приготовленной смеси изготовлены ограждающие конструкции -стены коттеджей толщиной 45 см в несъемной опалубке в виде кладок из облицовочного кирпича (фиг. 2) и толщиной 40 см со съемной инвентарной опалубкой (на фиг 3 показана стена коттеджа после опалубки).
Параллельно готовят образцы - кубы размером 100×100 мм и подвергают их естественному твердению в течение 28 сут.
3
Результаты испытаний: средняя плотность крупнопористого бетона - 550 кг/м, прочность на сжатие -2,5 МПа; коэффициент теплопроводности -0,145 Вт/м. °С. Производительность способа составила 10 куб м в час, при расходе портландцемента- 140 кг на куб. м легкого бетона.
Пример 2. Для проведения испытаний предварительно готовят цементный раствор с водоцементным отношением 0,35. Затем непрерывно в приемное верхнее отверстие вертикальной рабочей камеры капсулятора-смесителя (фиг. 1) подают предварительно приготовленный цементный раствор и заполнитель (вулканическая пемза средней плотностью 550 кг/м3) при соотношении «заполнитель: цементное связующее» =96:4. Совместную обработку компонентов производят в течение 15 с.
3
3
Капсулированная смесь подают из нижней части вертикальной камеры капсулятора-смесителя брезентовым чулком в металлическую форму размером 120×40×40 см для изготовления крупногабаритных строительных блоков (фиг 4). Из приготовленной крупнопористой бетонной смеси также готовят образцы - кубы размером 100×100 мм и подвергают их естественному твердению в течение 28 сут. Результаты испытаний: средняя плотность крупнопористого бетона - 650 кг/м, прочность на сжатие - 3,0 МПа; коэффициент теплопроводности -0,15 Вт/м. °С. Производительность способа составила 9 куб м в час, при расходе портландцемента-132 кг/м легкого бетона. Строительно-технические характеристики крупногабаритных блоков в табл.1
Пример 3. Для проведения испытаний предварительно готовят цементный раствор с водоцементным отношением 0,50. Затем непрерывно (в потоке) подают предварительно приготовленное цементное тесто и заполнитель (вулканический шлак средней плотностью 600 кг/м3) при соотношении «заполнитель: цементное связующее» =98:2. Совместную обработку компонентов производят в течение 10 с. Капсулированную бетонную смесь подают брезентовым чулком) из нижней части вертикальной рабочей камеры капсулятора-смесителя (фиг. 1) в металлическую форму размером 120×40×40 см для изготовления крупногабаритных строительных блоков.
Из приготовленной крупнопористобетонной смеси готовят также образцы - кубы размером 100×100 мм и подвергают их естественному твердению в течение 28 сут. Результаты испытаний: средняя плотность крупнопористого бетона- 700 кг/м3, прочность на сжатие -2,0 МПа; коэффициент теплопроводности - 0,14 Вт/м. °С. Производительность способа составила 11 куб м в час, при расходе портландцемента - 120 кг на куб. м легкого бетона.
Крупногабаритные строительные блоки могут быть изготовлены с отделочным слоем, для чего готовят формовочную смесь для наружного слоя путем смешивания строительного песка, цементного вяжущего - белого цемента до получения сухой однородной смеси с последующим введением пигмента в приготовленную смесь.
После тщательного перемешивания приготовленную смесь затворяют водой и повторно тщательно смешивают все загруженные в растворомешалку компоненты.
Готовую формовочную смесь для наружного отделочного слоя укладывают на всю требуемую толщину в металлическую форм, на дно которой предварительно помещена рельефообразующая матрица. В процессе укладки бетонную смесь подвергают вибрации с частотой 35-40 Гц и амплитудой 0,2-0,5 мм, благодаря чему смесь переходит в высокопластичное состояние, обеспечивающее наиболее качественное заполнение смесью рельефообразующей матрицы по всей ее поверхности и на всю глубину рельефа, а, следовательно, и высокую степень рельефной отделки. Уложенную в форму смесь подвергают виброуплотнению с теми же параметрами вибрации, после чего в металлическую форму укладывают основной слой для крупнопористой бетонной смеси. Благодаря значительной механической прочности отделочного наружного слоя возрастает четкость рельефа, практически отсутствуют сколы, трещины и прочие разрушения рельефной поверхности.
Незначительные параметры вибрации предотвращают смещение в форме рельефообразующей матрицы, что также способствует повышению качества рельефной отделки наружной поверхности блоков.
Предлагаемый в заявляемом техническом решении непрерывный способ изготовления крупнопористых бетонных изделий позволяет осуществить практически полную механизацию и автоматизацию процесса изготовления крупнопористых бетонных изделий, исключая при этом потерю связующего и, таким образом, уменьшая материальные и энергозатраты на приготовление крупнопористого бетона и обеспечивая получение изделий с соотношением (по объему) компонентов: «крупный заполнитель - связующее», - выбранном в пределах от 1:11,5 до 1:49 позволяет уменьшить материальные и энергозатраты на приготовление крупнопористого бетона, повысить качество крупнопористого бетона.
Применение разработанных крупногабаритных блоков позволяет возводить коробки малоэтажных зданий за несколько недель с применением малоподъемной строительной техники (фиг. 5 - кладка стены и фиг. 6 - подъем блока).
С применением крупногабаритных блоков нами построены сотни энергосберегающих зданий с высокими теплоизолирующими
характеристиками ограждающих конструкций (табл. 1).