СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУХОЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ СМЕСИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЕНОБЕТОНА И СМЕСЬ, ПОЛУЧЕННАЯ ЭТИМ СПОСОБОМ
METHOD OF DRY CONSTRUCTION MIXTURE PRODUCTION FOR FOAM CONCRETE AND MIXTURE PRODUCED BY RELATED METHOD

Известны многочисленные сухие строительные смеси, включающие минеральное вяжущее вещество, обычно портландцемент или строительный гипс, мелкий заполнитель и добавки, придающие составу специальные свойства, например повышенную пластичность, повышенную адгезию к покрываемой поверхности и т.п. Главными достоинствами этих смесей являются гарантированный вещественный состав, обеспечивающий стабильность технических характеристик, удобство и удешевление транспортировки (поскольку в таких смесях отсутствует вода и они расфасованы в мешки). Важным свойством таких смесей является возможность длительного, до 3 месяцев хранения. При использовании сухих смесей исключается необходимость применения в месте их использования дозаторов и ряда других вспомогательных механизмов, обеспечивающих точность дозировок при раздельном использовании компонентов. Это, в свою очередь, позволяет снизить энергоемкость строительного процесса.
Известна сухая строительная смесь (Патент РФ 2233255, С04В 28/30, "Сухая строительная смесь"). Смеси по этому изобретению предназначены преимущественно для изготовления покрытий полов, а также могут быть использованы для изготовления покрытий стен, потолков, фасадов, кровель, металлических и деревянных конструкций, штучных строительных изделий. Недостатком указанной смеси является невозможность вспенивания при смешивании с водой.
Известна сухая строительная смесь (Патент №2182137, С04В 28/02, С04В 111/20). Изобретение относится к составу строительных растворов, бетона, искусственных камней или аналогичных материалов, содержащих неорганические вяжущие или реакционный продукт из неорганических или из органических вяжущих, а конкретно касается сухой строительной смеси и способа ее получения. Технический результат - увеличение долговечности, морозостойкости и качества сухой поверхности бетона или раствора из сухой строительной смеси, содержащей цемент, песок, добавку-пластификатор, последний представляет собой механоактивированный измельчением при ускорении от 10 до 20 g до уменьшения межфазовой энергии суперпластификатор С-3 при следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент 17-40; песок 60-83; указанный суперпластификатор С-3 0,5-2 мас.% от массы цемента. Сухая строительная смесь помимо добавки суперпластификатора может дополнительно содержать противоморозную добавку в количестве от 0,5 до 5 мас.% от массы цемента. Кроме того, помимо вышеуказанных добавок сухая строительная смесь может содержать также уплотняющую добавку в количестве от 0,5 до 2 мас.% от массы цемента. Кроме того, сухая строительная смесь помимо вышеуказанных добавок может содержать также дисперсно-армирующую добавку в количестве от 0,5 до 2 мас.% от массы цемента. Кроме того, сухая строительная смесь может помимо вышеуказанных добавок содержать также красящую добавку в количестве от 0,5 до 15 мас.% от массы цемента. В способе получения сухой строительной смеси, заключающемся в том, что смешивают песок, цемент, добавку - пластификатор, пластификатор, представляющий собой суперпластификатор С-3, предварительно подвергают механоактивации путем его измельчения при ускорении от 10 до 20 g до уменьшения межфазовой энергии, после чего готовят цементный концентрат, смешивая заданную часть цемента с механоактивированным суперпластификатором С-3, а затем полученный цементный концентрат смешивают с песком и оставшейся частью цемента. В способе получения сухой строительной смеси предусмотрено также, что цементный концентрат готовят, смешивая заданную часть цемента с механоактивированным суперпластификатором С-3 и с, по меньшей мере, одной из следующих добавок: противоморозной, уплотняющей, дисперсно-армирующей, красящей.
Эта смесь также не имеет способности вспениваться при смешивании с водой.
Известна также смесь по патенту РФ №2259964, С04В 28/02.
Эта смесь содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: портландцемент 24,0-46,1, кварцевый песок 46,1-72,0, высокоглиноземистый бокситовый шлак 2,82-5,50, гипсовое вяжущее 0,72-1,38, суперпластификатор 0,23-0,46, сернокислый натрий 0,23-0,46. В качестве суперпластификатора может быть использован суперпластификатор С-3 на основе натриевой соли нафталинсульфокислоты с формальдегидом или АРОС-Ф на основе сульфированных ароматических отходов промышленности органического синтеза.
Технический результат - получение расширяющихся монтажных мелкозернистых бетонов на основе сухой цементно-песчаной смеси с повышенными характеристиками по прочности при сжатии в суточном и марочном возрастах, адгезионной прочности при обеспечении необходимых подвижности и жизнеспособности бетонной смеси, содержащей минеральное вяжущее вещество, мелкий заполнитель и органическую воздухововлекающую добавку в виде суперпластификатора С-3.
Ее недостатком является то, что она очень слабо вспенивается при смешивании ее с водой, вовлекая лишь незначительное количество воздуха в виде отдельных пузырьков.
Наиболее близким по решаемой задаче и достигаемому техническому эффекту является способ получения пенобетонной смеси по патенту РФ №2280628, С04В 38/10.
Способ состоит в том, что сухие цемент, известняковую муку, сухой белковый пенообразователь и стабилизатор - сульфат металла смешивают без воды. Сухая смесь может храниться более 1 года. При смешивании этой сухой смеси с водой в скоростном смесителе образуется пенобетонная смесь, которую затем используют для формования изделий. Это изобретение принято за прототип.
Технический эффект при использовании обсуждаемого изобретения заключается в том, что сухая строительная смесь приобретает способность вспениваться при смешивании с водой при сохранении высокой точности соотношения компонентов, сохранении технических характеристик, предусмотренных подбором вещественного состава смеси, и увеличении срока хранения до 1 года и более.
В соответствии с предлагаемым изобретением в способе получения сухой строительной смеси для производства пенобетона, включающем смешивание сухого минерального вяжущего, сухого мелкого минерального заполнителя, сульфата металла и белковой протеинсодержащей добавки, используют мелкий минеральный заполнитель фракции от 0 до 0,315 мм, а протеинсодержащую добавку - в виде 30% коллоидного раствора протеинсодержащего концентрата в воде, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
- минеральное вяжущее - 41-58,
- указанный мелкий заполнитель - 26-48,
- указанная протеинсодержащая добавка - 9-15,
- сульфат металла - 1-2.
Сухая строительная смесь для производства пенобетона получена указанным выше способом.
Коллоидный протеинсодержащий раствор получают варкой птичьего пера в растворе NaOH с последующей нейтрализацией серной или соляной кислоты. При этом протеин, представляющий собой цепной полипептид, расщепляется на короткие цепочки - олигопептиды, которые и образуют коллоидный раствор. (Далее по тексту 30-процентный коллоидный раствор олигопептидов именуется «протеинсодержащий концентрат»).
Особенностью полученной смеси является значительное увеличение ее агрегативной устойчивости, в результате чего она не комкуется и не изменяет своих технических характеристик в течение 12-16 месяцев. Входящая в состав коллоидного раствора вода в результате повышения агрегативной устойчивости смеси не отделяется в самостоятельную фазу, и смесь остается сухой при органолептическом определении (на ощупь). Смесь приготавливают, смешивая сначала цемент с жидким протеинсодержащим концентратом и сульфатом металла, а затем вводят мелкий заполнитель фракции 0-0,315 мм.
Достоинством и отличием от прототипа предлагаемой смеси и способа ее получения является исключение операции сушки белкового пенообразователя. При этом прочность полученного из такой смеси пенобетона выше, чем прочность бетона той же плотности по прототипу (табл.1).
Таблица 1Сравнительные характеристики пенобетонов
Свойства
Характеристики пенобетонов
Марка по плотности, кг/м<sup>3</sup>
400
500
600
800
1000
Прочность при сжатии, МПа
по прототипу
0,8
1,4
1,6
3,5
-
предлагаемая
1,5
2,4
3,8
5,9
7,9
При этом все достоинства сухих строительных смесей, перечисленные выше, полностью сохраняются.
Необходимо отметить, что при получении пенобетонных смесей при помощи раздельного дозирования компонентов используются дополнительные механизмы и устройства: пеногенератор, компрессор, дозаторы твердых компонентов смеси, склады вяжущих, заполнителей и добавок. В целом узел для приготовления пенобетонной смеси не транспортабелен, поэтому при необходимости транспортирования смеси для бетонирования удаленных на расстояние более 10 метров объектов пенобетонная смесь, представляющая сложную трехфазную жидкость, перекачивается с помощью насоса по шлангу и претерпевает значительные структурные изменения. В результате значительно, в 1,5 - 2,5 раза, увеличивается средняя плотность затвердевшего пенобетона, увеличивается усадка при твердении, а это приводит к растрескиванию пенобетона.
При использовании сухой пенобетонной смеси на бетонируемом объекте исключается необходимость применения дозаторов, пеногенератора, компрессора, складов твердых сыпучих компонентов. Нужен лишь один механизм - пенобетоносмеситель, который при необходимости легко передвигается и в горизонтальном, и в вертикальном направлении (при поэтажном бетонировании стяжек на перекрытиях зданий) с помощью традиционных транспортных средств, применяемых на стройке. Значительно упрощается и складирование затаренной в мешки сухой пенобетонной смеси.
Полученная при смешивании предлагаемой сухой смеси с водой пенобетонная смесь не требует транспортировки на значительные расстояния, поскольку пенобетоносмеситель можно установить в непосредственной близости от бетонируемого объекта. Свойства затвердевшего пенобетона при этом в точности соответствуют проектным.
Описанное может быть проиллюстрировано следующими примерами.
Пример 1. Состав смеси (мас.%):
- портландцемент ПЦ400 Д0
(ЦЕМ I 42,5Б ГОСТ 31108-2003) - 58,
- микрокремнезем - 26,0
- белковый протеинсодержащий концентрат - 14,0
- сульфат железа - 2.
Компоненты смешаны в смесителе и затарены в полиэтиленовый мешок.
Пример 2. Состав смеси (мас.%):
- портландцемент ПЦ500 Д20
(ЦЕМ II/В-Ш 42,5Н ГОСТ 31108-2003) - 55,0
- речной песок фракции менее 0,16 мм - 28,5,
- белковый протеинсодержащий концентрат - 15,0
- сульфат цинка - 1,5.
Компоненты смешаны в смесителе и затарены в полиэтиленовый мешок.
Пример 3. Состав смеси (мас.%):
- портландцемент ПЦ400 Д0
(ЦЕМ I 32,5Б ГОСТ 31108-2003)- 48,0,
- кварцевый песок фракции менее 0,16 мм - 39,0
- белковый протеинсодержащий концентрат - 12,0
- сульфат железа - 1,0
Компоненты смешаны в смесителе и затарены в полиэтиленовый мешок.
Пример 4. Состав смеси (мас.%):
- шлакопортландцемент ПЦ-400 Д0
(ЦЕМ III/A 32,5H ГОСТ 31108-2003) - 52,0
- вспученный вермикулит фракции 0,16-0,315 мм - 36,0,
- белковый протеинсодержащий концентрат - 10,0
- сульфат меди - 2.
Компоненты смешаны в смесителе и затарены в полиэтиленовый мешок.
Пример 5. Состав смеси (мас.%):
- пуццолановый цемент ПЦ-400 Д0
(ЦЕМ IV/A (П-З-МК) 32,5Н ГОСТ 31108-2003) - 57,0
- керамзитовый песок фракции 0,16-0,315 мм - 33,0
- белковый протеинсодержащий концентрат - 9,0
- сульфат железа - 1,0.
Компоненты смешаны в смесителе и затарены в полиэтиленовый мешок.
Пример 6. Состав смеси (мас.%):
- глиноземистый цемент ГЦ 500-41,
- шамотный песок фракции 0,16-0,315 мм - 48,
- белковый протеинсодержащий концентрат - 10,
- сульфат железа - 1.
Компоненты смешаны в смесителе и затарены в полиэтиленовый мешок.
Смеси хранили в неотапливаемом помещении. Для получения пенобетонной смеси необходимое количество сухой смеси помещали в скоростной смеситель, добавляли расчетное количество воды и перемешивали в течение 2-3 минут. После перемешивания определяли объем пенобетонной смеси и заливали смесь в формы. Испытания образцов проводили для пенобетона:
на портландцементах - через 28 суток,
на глиноземистом цементе - через 3 суток.
Первые испытания проводили через сутки после приготовления сухой смеси, повторные - через 6 и 8 месяцев.
Расчетное количество воды затворения и результаты испытаний приведены в таблице.
ТаблицаРезультаты испытаний пенобетонов, полученных из сухих пенобетонных смесей
№ примера
Состав пенобетонной смеси, кг
Свойства затвердевшего пенобетона
Время после приготовления сухой смеси
Сухая смесь
Вода
1 сутки
16 месяцев
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
Прочность при сжатии, МПа
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
Прочность при сжатии, МПа
1
350
280
390
1,7
410
1,5
2
490
343
580
3,8
625
3,4
3
660
598
795
5,9
820
5,3
4
320
256
355
1,4
390
1,2
5
390
312
415
1,6
430
1,2
6
870
505
975
7,9
1050
7,3
Характеристики заполнителей, использованных в приведенных примерах, таковы.
2
2
3
3
Микрокремнезем МК-85 представляет собой отход ферросплавного производства Липецкого металлургического комбината. Состоит из частиц аморфного кремнезема SiO, содержание которого составляет в нем 99,9 мас.%. Удельная поверхность 850 м/м. Насыпная плотность 500-600 кг/м. Внешне представляет порошок светло-серого цвета. Влажность не превышает 0,3%.
Вспученный вермикулит фракции 0-0,315 мм по ГОСТ 12865-67(1988).
Речной песок фракции 0-0,16 мм содержит, мас.%: кварца - 91,5; гидрослюдистых частиц - 8,5.
Шамотный песок фракции 0,16-0,315 мм - дробленый шамотный кирпич, частный остаток на сите 016 после просева через стандартный набор сит для песка.
Кварцевый песок фракции менее 0,16 мм - кварц молотый пылевидный по ГОСТ 9077-82 имеет следующие характеристики:
- массовая доля железа металлического, % не более 0,25
- массовая доля окиси кремния, % не более 98,0
- массовая доля окиси железа, % не более 0,15
- массовая доля окиси алюминия, % не более 1,0
- массовая доля окиси кальция, % не более 0,15
- потери при прокаливании, % 0,1-0,2
- остаток на сите: 016 не более 1,0