ЦЕМЕНТНО-СТРУЖЕЧНОЕ СТРОИТЕЛЬНОЕ ИЗДЕЛИЕ

Полезная модель относится к области строительства, в частности, к конструкционным тепло- и звукоизоляционным блокам и плитам для строительства промышленных и жилых объектов.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является цементно-стружечное строительное изделие (блок, плита) по RU 2194685, опубл. 20.12.2002, изготовляемое из сырьевой смеси, которая включает минеральное вяжущее (цемент любой марки), древесный заполнитель (например, опилки, стружка), минеральный заполнитель (например, песок речной, карьерный), добавку жидкого стекла и воду, при следующих соотношениях компонентов, мас.ч.:
минеральное вяжущее 25,5-40;
древесный заполнитель 30-49,5;
минеральный заполнитель 1-15,5;
жидкое стекло 0,2-0,74;
вода - до получения однородной рассыпчатой массы.
Причем процесс изготовления смеси проводят непрерывно в три стадии, на первой из которых древесный заполнитель перемешивают с минеральным вяжущим насухо в течение 1-1,5 мин, на второй стадии добавляют 3/4 количества расчетной воды и жидкое стекло и перемешивание ведут 1-1,5 мин, на третьей стадии добавляют минеральный заполнитель и оставшуюся воду и окончательно перемешивают смесь до поучения однородной рассыпчатой массы в течение 1-2 мин.
К недостаткам прототипа относится пожароопасность строительных блоков и плит, связанная отсутствием предварительной химической обработки древесного заполнителя. Также применение по прототипу древесного заполнителя, не обработанного предварительно химическими добавками, не способствует схватыванию цементного камня при изготовлении строительных изделий. Кроме того, из-за низкого содержания песка в сырьевой смеси и отсутствия нормирования крупности древесного заполнителя блоки по прототипу не могут изготовляться с технологическими пустотами, так как применение, например, слишком мелкого древесного заполнителя не способствует созданию армирующего эффекта при изготовлении изделий. В то же время блоки с пустотами внутри не только экономичнее по расходу сырьевой смеси, но и более технологичны, так как легче цельных и обладают сниженной теплопроводностью.
Решаемой задачей и ожидаемым техническим результатом полезной модели является повышение пожарной безопасности, универсальности и технологичности строительных изделий за счет предварительной химической обработки древесного заполнителя нормированной крупности и улучшения армирующего эффекта и схватывания цементного камня при изготовлении строительных изделий из сырьевой смеси. В целом возможность изготовления строительных изделий - блоков и плит - менее пожароопасными, а блоков - не только цельными, но и с пустотами по предлагаемой полезной модели делает такие блоки и плиты более универсальными, в частности, применимыми в регионах с разными климатическими условиями.
Поставленная задача решается тем, что цементно-стружечное строительное изделие, выполненное из смеси портландцемента, древесной стружки, песка, жидкого стекла и воды, отличается тем, что изготовлено из смеси, включающей дополнительно сульфат алюминия, а древесную стружку - фракционного состава: 35-40% - мелкая с размером ячеек сита от 0,063 до 0,63 мм и 60-65% - крупная с размером ячеек сита от 1,25 до 5 мм, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
портландцемент
20,0-60,0
древесная стружка указанного фракционного
10,0-40,0
состава
песок
20,0-35,0
жидкое стекло
0,3-0,6
сульфат алюминия
0,3-0,5
вода
до получения однородной рассыпчатой массы,
причем древесную стружку предварительно обрабатывают водными растворами сульфата алюминия и жидкого стекла.
Например, базовым вариантом реально применяемой рецептуры сырьевой смеси является представленный в таблице 1.
Таблица 1
Наименование и содержание компонента
кг на 1 м<sup>3</sup>
мас.ч.
Древесная стружка (с влажностью 30%)
92
11,9
Сульфат алюминия
4,7
0,6
Жидкое стекло
3,3
0,4
Портландцемент
446
57,7
Песок
227
29,4
Вода
185
до получения однородной рассыпчатой массы
Указанная смесь для получения заявляемых строительных изделий предпочтительно получается путем последовательного получения сначала собственно цементно-стружечной смеси без песка с последующим добавлением в нее недостающего количества цемента, песка и воды; причем возможно применение цементно-стружечной смеси со склада, после нескольких лет хранения.
Так, изготовление сырьевой смеси для заявляемых строительных изделий по указанной в таблице 1 рецептуре осуществляется изготовлением сначала собственно цементно-стружечной смеси без песка:
Древесная стружка (с влажностью 30%)
92 кг
Портландцемент
197 кг
Сульфат алюминия (в пересчете на чистое вещество)
4,7 кг
Жидкое стекло (в пересчете на чистое вещество)
3,3 кг
Вода
79 кг.
К этой цементно-стружечной смеси добавляется недостающее количество портландцемента 249 кг, песка 227 кг и 106 кг воды.
Сырье.
1. Древесная стружка.
В качестве древесного технологического сырья применяют круглые лесоматериалы хвойных (ГОСТ 9462-88) и лиственных (ГОСТ 9463-88) пород, которые перерабатывают и измельчают до определенных размеров.
Стружка, поступающая в смеситель, должна иметь следующий фракционный состав: 35-40% мелкой фракции (сита №0, 63; 0, 315; 0, 063 мм); 60-65% крупной фракции (сита №1; 25; 2,0; 3,15; 4; 5) и влажность не более 45%. Толщина стружечных лепестков: 0,3-0,4 мм, длина - не более 40 мм. Весовое соотношение мелкой стружки: крупной стружки=1:2. Древесная стружка указанного фракционного состава обеспечивает необходимый армирующий эффект при изготовлении строительных изделий.
2. Цемент - портландцемент марки 400 (ГОСТ 10178-85).
3. Сульфат алюминия.
2
4
3
2
Al(SO)·18 НO (ГОСТ 12966-85), плотность рабочего раствора - 1,054-1,060 г/куб.см
Сульфат алюминия выполняет две важные задачи: является решающим компонентом при минерализации; влияет целенаправленно на поверхность древесной стружки, где происходит соединение цемента и дерева, ускоряя схватывание цемента таким образом, что яды древесины менее активны по отношению к цементу.
4. Жидкое натриевое стекло.
2
2
Жидкое стекло (ГОСТ 13078-81) представляет собой густую жидкость желтого или серого цвета без механических включений и примесей, видимых невооруженным глазом. Химическая формула жидкого стекла NaOSiO. При поступлении жидкое стекло должно иметь удельный вес 1,36-1, 45 г/куб.см. Плотность рабочего раствора 1,060-1,065 г/куб.см. Жидкое стекло играет роль ускорителя схватывания цемента.
5. Песок - ГОСТ 8735
6. Вода - ГОСТ 23732.
Вода для производства изделий не должна быть загрязнена. Присутствие в ней частиц песка не допускается, так как они оказывают отрицательное влияние на работу клапанов дозирующего и смесительного оборудования. Вода не должна влиять на свойства цемента и не должна изменять цвет смеси.
Процесс получения цементно-стружечной смеси предполагает следующую последовательность поступления компонентов в смеситель:
1. Древесная стружка указанного фракционного состава
2. Раствор сульфата алюминия
3. Раствор жидкого стекла
4. Вода
5. Цемент
Дозировка исходных материалов осуществляется следующим образом. Стружка дозируется по весу; причем определяется влажность стружки для каждой второй смеси. В зависимости от влажности стружки автоматически устанавливается количество добавляемой воды для получения нужной влажности смеси.
Дозировка растворов химических веществ - растворов сульфата алюминия и жидкого стекла - производится с помощью электронного взвешивающего устройства, при заданном весе каждой порции раствора.
Цикл одного замеса составляет 10 минут. Он состоит из следующих операций:
- подача древесной стружки в смеситель
- 75 сек
- подача в смеситель раствора сернокислого алюминия
- 25 сек
- перемешивание смеси
- 75 сек
- подача раствора жидкого стекла
- 15 сек
- перемешивание смеси
- 30 сек
- подача воды
- 15 сек
- перемешивание смеси
- 15 сек
- подача цемента
- 100 сек
- перемешивание смеси с цементом
- 150 сек
- выгрузка готовой цементно-стружечной смеси
- 60 сек
Длительность всего цикла
- 550 сек.
Затем в полученную цементно-стружечную смесь добавляется недостающий цемент и подается песок, после перемешивания которых добавляется вода и все перемешивается до получения однородной рассыпчатой массы.
Цементно-стружечные блоки (ЦСБ) изготавливают из полученной сырьевой смеси методом вибропрессования, в виде пустотелых прямоугольных параллелепипедов, кроме блоков размерами 250×120×88, которые могут изготавливаться и цельными - полнотелыми, и пустотелыми, как показано на фигуре 1.
Блоки изготавливают типоразмеров, указанных в таблице 2.
Процент пустотности блоков 20-23%.
Таблица 2
Тип блока
Длина, мм
Ширина, мм
Высота, мм
390
190
190
ЦСБ стеновой
390
190
188
250
120
88
ЦСБ перегородочный
390
120
188
Цементно-стружечные блоки по заявляемой полезной модели и по прототипу сопоставимы по техническим характеристикам (таблица 3).
Таблица 3
№п/п
Наименование
ЦСБ
Прототип
1
Средняя плотность, кг/м<sup>3</sup>
950
600-1010
2
Водопоглощение за 24 ч, %, не более
20,0
8,0-10,1
3
Теплопроводность, Вт/(м·ºС), не более
0,26
0,15-0,24
4
Предел прочности на сжатие, кгс/см<sup>2</sup>
50-80
50-92
5
Морозостойкость
F35
F 35-50
Однако, благодаря предварительной химической обработке древесной стружки строгого фракционного состава и увеличению содержания песка в сырьевой смеси снижается пожароопасность получаемых строительных изделий и достигаются улучшенный армирующий эффект и улучшенное схватывание цементного камня. Это позволяет изготовлять блоки не только цельными, как по прототипу, но и с пустотами. Блоки с пустотами внутри не только экономичнее по расходу сырьевой смеси, но и более технологичны, так как легче цельных и обладают сниженной теплопроводностью.
Стандартные строительные цементно-стружечные плиты (ЦСП) по предлагаемой полезной модели изготавливают методом полусухого прессования размерами 3600 мм×1200 мм с толщиной 12 мм, 16 мм, 20 мм, 24 мм. Из стандартных листов нарезаются стройдетали необходимых размеров.
Основные технические и дополнительные - физико-механические и теплотехнические - характеристики получаемых ЦСП представлены в таблице 4.
Видно, что, кроме удовлетворительных основных технических характеристик, получаемые плиты, благодаря предварительной химической обработке древесной стружки и увеличению содержания песка в сырьевой смеси, имеют низкую пожароопасность: они слабо горючи Г1, трудновоспламеняемы В1 и с малой дымообразующей способностью Д1.
Производство строительных изделий по предлагаемой полезной модели относится к экологически чистым.
Таблица 4
Основные характеристики ЦСП
Значение
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
1100-1400
Влажность, %
6-12
Разбухание по толщине за 24 ч, %
не более 2
Водопоглощение за 24 ч, %
не более 16
Прочность при изгибе, Мпа, плит толщиной, мм
12
9
16
9
20
8
24
8
Прочность при растяжении перпендикулярно, МПа
не менее 0,35
Шероховатость, мкм, для плит:
нешлифованных
320
шлифованных
100
Дополнительные физико-механические и теплотехнические характеристики ЦСП
Модуль упругости при изгибе, МПа
не менее 3000
Твердость, МПа
45-60
Ударная вязкость, Дж/м
не менее 1800
Удельное сопротивление выдергиванию шурупов, Н/м
4-7
Удельная теплоемкость, кДж/(кгс·ºС)
1,5
Теплопроводность, Вт/(м·ºС),
0,26
Класс биостойкости
4
Снижение прочности при изгибе после 20 циклов воздействия, %
не более 30
Разбухание по толщине после 20 циклов переменных воздействий, %
не более 5
Горючесть, группа материалов
Трудно сгораемые
Морозостойкость, % снижения
не более 10
Паропроницаемость, мг/м·ч·Па
0,027