СМЕСЬ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИОННО-ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО ЯЧЕИСТОГО БЕТОНА
MIXTURE FOR PREPARATION OF CONSTRUCTIVE-HEAT-INSULATING CELLULAR CONCRETE

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к получению ячеистых бетонов неавтоклавного твердения с повышенным коэффициентом конструктивного качества.
Известны преимущества неавтоклавного ячеистого бетона перед автоклавным: низкая стоимость, возможность приготовления непосредственно на строительной площадке. Недостаток неавтоклавного ячеистого бетона - низкая скорость твердения, низкая марочная прочность в сравнении с автоклавным.
Известны композиции для неавтоклавных ячеистых бетонов, в состав которых с целью повышения прочности продукта твердения вводится добавка микрокремнезема: RU 2338723 С2; RU 2297993 С1; Д.А. Киселев «Пенобетон для ограждающих конструкций с повышенной стабильностью параметров качества». Автореферат  диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Томск. 2005. с.15-18.
Микрокремнезем является тонкодисперсной разновидностью аморфного диоксида кремния. Он связывает гидроксид кальция, высвобождающийся при твердении цемента, в труднорастворимые соединения. Кроме того, микрокремнезем выполняет роль микронаполнителя и уплотняет структуру межпоровых перегородок в ячеистом бетоне.
Поробетон по патенту на изобретение RU 2297993 для повышения прочности при растяжении содержит большое количество компонентов, мас.%:
портландцемент
44-83,3
микрокремнезем
9-10
природный песок
0-30
комплексный пастообразный порообразователь
0,7-1,5
волокнистый заполнитель
7-10
вода
до В/Т 0,32-0,53
Высокое содержание волокнистого заполнителя затрудняет перемешивание и получение однородной поробетонной смеси, в связи с чем требуется турбулентный смеситель с числом оборотов турбины в минуту 800-1000. Сырьевая смесь по патенту на изобретение RU 2338723 С2 включает, мас.%:
минеральное вяжущее
48-62
тонкомолотый песок
18,5-44,5
микрокремнезем
3-5
порообразователь,
например алюминиевая пудра
0,05-0,25
редиспергируемый порошок VINNAPAS
3,5-15,5
метилгидроксипропилцеллюлоза
12,5-15,5
вода В/Т
0,55-0,75
Изобретение направлено на повышение коэффициента конструктивного качества и снижение коэффициента теплопроводности
Основным недостатком является:
- использование алюминиевой пудры в качестве порообразователя, что приводит к формированию большого количества открытых пор в ячеистом бетоне, которые снижают его морозостойкость.
- большое количество компонентов и высокий расход дорогостоящих добавок, в т.ч. VINNAPAS для уменьшения водопоглощения и повышения морозостойкости ячеистого бетона.
Наиболее близким аналогом по совокупности признаков к предлагаемому изобретению является (Киселев Д.А. «Пенобетон для ограждающих конструкций с повышенной стабильностью параметров качества». Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Томск. 2005. с.15-18) пенобетон, который содержит портландцемент, измельченный речной песок и в качестве тонкодисперсной активной минеральной добавки - микрокремнезем в количестве 3-5% от массы портландцемента, что приводит к повышению прочности не более чем на 60% (рис.10, с.17). Пенобетон по прототипу содержит также пластифицирующую добавку и ускоритель твердения.
Основным недостатком является недостаточно высокий прирост прочности пенобетона за счет введения микрокремнезема в состав смеси.
Задачей изобретения является получение без использования автоклавирования и с наименьшим числом компонентов конструкционно-теплоизоляционного ячеистого бетона с повышенным коэффициентом конструктивного качества. Технический результат заключается в повышении прочности ячеистого бетона из предлагаемой смеси при незначительном увеличении средней плотности.
Технический результат достигается следующим образом.
Заявляемая в качестве изобретения смесь для приготовления конструкционно-теплоизоляционного ячеистого бетона, как и по прототипу, содержит портландцемент, кремнеземистый наполнитель, состоящий из природного песка и активной минеральной добавки, пенообразователь и воду.
В отличие от прототипа в качестве кремнеземистого наполнителя в заявляемой смеси использован продукт совместного сухого помола природного песка и силикагеля при следующем соотношении компонентов смеси, мас.%:
портландцемент
50-55
природный песок
42,5-48
силикагель
2,0-2,5
вода В/Т
0,5-0,55
пенообразователь
3% от объема воды
В качестве пенообразователя может быть использована синтетическая пенообразующая добавка ПБ-2000, или ПБ-люкс, или Бенотех ПБ-С.
В известных источниках информации не обнаружено смесей для приготовления конструкционно-теплоизоляционного ячеистого бетона, характеризующихся той же совокупностью существенных признаков, что и заявляемая смесь. Это подтверждает новизну изобретения. Изобретение явным образом не следует из уровня техники, поскольку в уровне техники не обнаружено ячеистых бетонов предложенного состава и соотношения компонентов.
-9
-8
2
2
Выбор силикагеля в качестве активной минеральной добавки обусловлен тем, что он подобно микрокремнезему является одной из разновидностей аморфного диоксида кремния и способен связывать гидроксид кальция, выделяющийся при твердении цемента. Существенное отличие силикагеля от микрокремнезема - развитая сеть пор со средним радиусом 10…10 м и, как следствие, высокая удельная поверхность 200 м/г и выше (для сравнения: удельная поверхность микрокремнезема 13…25 м/г). Это обеспечивает более высокую активность силикагеля в связывании гидроксида кальция и эффект упрочнения бетона. Активность силикагеля в отношении гидроксида кальция подтверждается результатами рН-метрических измерений, приведенными в таблице 1.
Таблица 1
Анализируемая суспензия
рН жидкой фазы во времени выдержки суспензии
0 мин
15 мин
40 мин
120 мин
Известковая вода - микрокремнезем
12,70
12,25
12,20
12,20
Известковая вода - силикагель
12,70
11,29
11,09
10,63
Совместный помол силикагеля с песком способствует равномерности распределения частиц силикагеля по всему объему песка и предотвращению напряжений при твердении смеси.
Оптимальным соотношением компонентов заявляемой смеси является следующее, мас.%:
портландцемент
55
природный песок
43
силикагель
2
вода В/Т
0,5
пенообразователь
3% от объема воды
Соотношение компонентов получено в результате экспериментальных исследований. За пределами указанных интервалов технический результат не достигается. При содержании силикагеля свыше 2,5%, например 3% и выше, уменьшается растекаемость смеси, а прирост прочности ячеистого бетона сопровождается значительным увеличением средней плотности. При содержании силикагеля меньше 2% прирост прочности не превышает 30%.
Практическое осуществление изобретения показано на конкретном примере.
Для приготовления заявляемой смеси были использованы:
портландцемент Топкинского цементного завода марки ПЦ500-Д0;
песок природный с модулем крупности 2,0; содержание глинистых и пылеватых частиц 1,25%;
3
силикагель крупнопористый гранулированный КСКГ, насыпная плотность 400 кг/м, размер гранул 2-4 мм.
В качестве пенообразователя был использован синтетический пенообразователь ПБ-2000 (кратность пены не менее 7, устойчивость пены - не менее 360 с, http://www.pb2000.ru). При изготовлении опытных образцов ячеистого бетона были использованы также синтетические пенообразователи ПБ-люкс и Бенотех ПБ-С. Они обладают той же кратностью пены (не менее 7), что и ПБ-2000. Устойчивость пены ПБ-люкс не менее 250 с (www.ecohim.spb.ru/Prod41.htms.rtf). Плотность указанных пенообразователей составляет 1,08-1,1 кг/л, они малотоксичны. Для изготовления ячеистого бетона возможно применение и иных пенообразователей (например, ПБ-2007, ПБ-2010, Zelle-1 РЕЛАН, FOAMIN C и др.), выпускаемых отечественной или зарубежной промышленностью.
Вода водопроводная
2
Сначала подготавливали кремнеземистый наполнитель: силикагель и песок дозировали по массе и подвергали совместному помолу в шаровой мельнице так, чтобы удельная поверхность песка достигла 1800-2000 см/г. Совместный помол обеспечивает равномерное распределение силикагеля по всему объему кремнеземистого наполнителя.
Смесь готовили в лабораторном пенобетоносмесителе турбулентного типа, в который в необходимых количествах загружали портландцемент, продукт совместного помола песка с силикагелем, и часть воды затворения. Указанные компоненты подвергали предварительному перемешиванию, затем вводили оставшуюся часть воды с пенообразователем и подвергали окончательному перемешиванию. Из приготовленной смеси формовали опытные образцы-кубы, которые до испытания твердели в течение 28 суток в нормальных условиях. Среднюю плотность образцов определяли в состоянии их естественной влажности.
Для изготовления контрольных образцов песок подвергали сухому помолу без добавки силикагеля.
Результаты испытаний приведены в таблице 2.
Как видно из таблицы 2, оптимальным является состав №3. Содержание в смеси силикагеля в количестве менее 2% от общей массы сухих компонентов, например 1,5% (состав №2), дает прирост прочности менее 30% и увеличение коэффициента конструктивного качества менее чем в 1,3 раза. Содержание силикагеля в количестве более 2,5% (составы №6, №7) дает значительный прирост прочности, но требует повышенного расхода воды затворения для достижения необходимой растекаемости смеси. Избыточная вода затворения прочно сорбируется силикагелем, поэтому происходит существенное увеличение средней плотности ячеистого бетона. В результате коэффициент конструктивного качества составов №6 и №7 снижается в сравнении с составами №3, №4, №5.
Таким образом, приведенные результаты свидетельствуют о том, что введение силикагеля при сухом помоле песка приводит к активации кремнеземистого наполнителя, в результате чего при незначительном увеличении средней плотности прочность ячеистого бетона возрастает в 1,8-2 раза в сравнении с контрольными образцами (состав №1). Добавление микрокремнезема (по прототипу) приводит к повышению прочности не более чем на 60%.