Сырьевая смесь для изготовления изделий из поризованного арболита и способ изготовления изделий из сырьевой смеси
RAW MIXTURE FOR THE MANUFACTURE OF PRODUCTS FROM POROUS WOOD CONCRETE AND A METHOD FOR MANUFACTURING PRODUCTS FROM THE RAW MIXTURE

Группа изобретений относится к строительным материалам и может быть использована для изготовления изделий из поризованного арболита, в том числе сложной формы, предназначенных для строительства жилых, общественных, промышленных и сельскохозяйственных зданий.
Из уровня техники широко известен арболит - строительный материал, который используют для изготовления изделий, предназначенных для строительства, а также различные способы его получения.
В частности, из источника информации RU 2447044 С2, кл. МПК С04В 38/00, опубл. 10.04.2012 известен строительный материал, содержащий целлюлозосодержащие отходы растениеводства и/или деревообрабатывающей промышленности в количестве 250-300 кг, водный раствор электролита - жидкое стекло в количестве 304,5-305,25 кг, кальцийсодержащие материалы в количестве 200-400 кг, замедлитель химической реакции гидратации окиси кальция - пластификатор дибутилфталат или поликарбоксилат в количестве 0,6-4,0 кг. Строительный материал получают формованием однородной смеси с воздействием постоянным знакопеременным током и выдержкой изделия до конструкционной прочности.
Однако, данный строительный материал имеет недостаточную связность и однородность арболитовой смеси, что в свою очередь ведет к недостаточной удобоукладываемости и большой продолжительности формования изделий, а также обладает высоким показателем водопоглощения, составляющим 40-80% при высокой плотности изделия.
С целью устранения вышеуказанных недостатков арболит был улучшен, получен поризованный арболит, который при меньшей плотности изделий устраняет вышеуказанные недостатки.
Наиболее близким решением, принятым за прототип, является сырьевая смесь для изготовления поризованного арболита, известная из статьи Игнатьева Г.И., Левашко Л.И., Байгильдеева Е.И. Получение поризованного арболита из отходов деревообработки // Деревообрабатывающая промышленность. - 2012. - №4. - С. 4-6 /1/, содержащая древесные отходы, цемент марки М400, техническую пену марки ПБ 2000, а также химические добавки, такие как жидкое стекло в виде 2%-ного раствора и хлорид кальция, добавляемый в смесь в сухом виде.
Изделия, полученные из данной сырьевой смеси, обладают меньшей плотностью относительно классического арболита и меньшим показателем вопопоглощения за счет наличия воздушной пористости в цементирующем компоненте, который полностью заполняет пустоты между частицами заполнителя. Однако, этот показатель недостаточен для исключения промочек стеновых ограждений, например, под действием косых дождей.
3
Таким образом, техническая проблема заключается в получении сырьевой смеси для изготовления изделий из поризованного арболита, обладающих высокими прочностными свойствами, при которых значение прочности на сжатие составляет 3,5 МПа, а также имеющих низкий показатель водопоглощения, составляющий 12-15%, низкую плотность изделий, составляющую 450-550 кг/м, и низкую теплопроводность изделий, составляющую 0.08-0.12 Вт/м°С.
3
Технический результат заключается в снижении водопоглощения изделий, изготовленных из сырьевой смеси, до 12-15% при низкой плотности изделий, составляющей 450-550 кг/м, высокой прочности изделий на сжатие, составляющей 3,5 МПа, и низкой теплопроводности изделий, составляющей 0.08-0.12 Вт/м°С.
Для этого сырьевая смесь для изготовления изделий из поризованного арболита содержит заполнитель растительного происхождения, цемент, пенообразователь и воду, отличающаяся тем, что в качестве заполнителя растительного происхождения содержит щепу хвойных пород, костру или лузгу сельскохозяйственных культур, в качестве пенообразователя - ПБ2000 и дополнительно содержит минеральную добавку карбонатных пород, гиперпластификатор Carbonic или Cementon, редиспергируемый полимерный порошок Dairen или Axilat, или Acronal, хлористый кальций, сульфат алюминия при следующем соотношении компонентов, мас. %:
цемент
27-33
минеральная добавка карбонатных пород
5,4-6,5
указанный редиспергируемый полимерный порошок
1,8-2,2
хлористый кальций
1,8-2,2
сульфат алюминия
0,7-0,9
указанный гиперпластификатор
0,25-0,33
пенообразователь ПБ2000
0,25-0,33
заполнитель растительного происхождения
20-25,5
вода
остальное.
В частном случае осуществления изобретения в качестве минеральной добавки карбонатных пород использован микрокальцит.
В частном случае осуществления изобретения в качестве минеральной добавки карбонатных пород использована доломитовая мука.
В частном случае осуществления изобретения в качестве минеральной добавки карбонатных пород использован химически осажденный мел.
В частном случае осуществления изобретения размер частиц заполнителя растительного происхождения составляет от 15 мм до 30 мм.
Содержание минеральной добавки карбонатных пород в сырьевой смеси в количестве 5,4-6,5 мас. % позволяет повысить прочность изделий и одновременно улучшить адгезию заполнителя растительного происхождения к цементному вяжущему, что в свою очередь позволяет снизить водопоглощение изделий, получаемых из сырьевой смеси, при низкой плотности изделий и высокой их прочности.
При этом опытным путем установлено, что при снижении доли минеральной добавки карбонатных пород в смеси менее 5,4 мас. %, эффективность ее применения недостаточна. С увеличением этой доли прочность изделий из данной сырьевой смеси растет, одновременно улучшается адгезия заполнителя растительного происхождения к цементному вяжущему. При увеличении доли минеральной добавки карбонатных пород более 6,5 мас. % рост прочности цементного вяжущего замедляется и прекращается, при этом дальнейший рост доли минеральной добавки карбонатных пород более 6,5 мас. % не влияет на адгезию заполнителя растительного происхождения к цементному вяжущему.
Добавление редиспергируемого полимерного порошка в количестве 1,8-2,2 мас. %, а также гиперпластификатора в количестве 0,25-0,33 мас. % позволяет снизить водопоглощение изделий, получаемых из сырьевой смеси, а также повысить прочностные свойства изделий.
При этом опытным путем установлено, что если доля редиспергируемого полимерного порошка в смеси составляет менее 1,8 мас. %, а доля гиперпластификатора составляет менее 0,25 мас. %, то эффективность их применения недостаточна. С увеличением этой доли эффективность применения данных компонентов сырьевой смеси растет, однако, если доля редиспергируемого полимерного порошка в смеси составляет более 2,2 мас. %, а доля гиперпластификатора составляет более 0,33 мас. %, то рост эффективности их применения прекращается.
Добавление в сырьевую смесь пенообразователя в количестве 0,25-0,33 мас. % позволяет снизить плотность изделий и получить изделия слитного строения с однородной равномерно распределенной воздушной пористостью в цементирующем компоненте, который полностью заполняет пустоты между частицами заполнителя растительного происхождения, что влияет на снижение параметра водопоглощения изделий.
При этом опытным путем установлено, что если доля пенообразователя в смеси составляет менее 0,25 мас. %, то эффективность его применения недостаточна. С увеличением этой доли эффективность применения растет, однако, если доля пенообразователя в смеси составляет менее 0,33 мас. %, то это приводит к снижению прочности изделий из сырьевой смеси.
3
Таким образом, одновременное добавление в сырьевую смесь пенообразователя в количестве 0,25-0,33 мас. %, редиспергируемого полимерного порошка в количестве 1,8-2,2 мас. %, а также гиперпластификатора в количестве 0,25-0,33 мас. % позволяет снизить водопоглощение изделий, получаемых из сырьевой смеси, до 12-15%, при низкой плотности изделий, составляющей 450-550 кг/м и высокой прочности изделий.
Добавление в сырьевую смесь хлористого кальция в количестве 1,8-2,2 мас. %, а также сульфата алюминия в количестве 0,7-0,9 мас. % позволяет нейтрализовать действие Сахаров, тем самым стабилизировать заполнитель растительного происхождения, что в свою очередь необходимо для получения поризованного арболита с высокими прочностными свойствами.
При этом если доля хлористого кальция, а также сульфата алюминия составляет менее 1,8 мас. % и 0,7 мас. % соответственно, то эффективность их применения недостаточна, что проявляется недостаточной прочностью изделий, изготовленных из сырьевой смеси. С увеличением этой доли эффективность применения компонентов растет, однако, если их доля составляет более 2,2 мас. % и 0,9 мас. % соответственно, то рост эффективности их применения прекращается.
Добавление заполнителя растительного происхождения в количестве 20-25,5 мас. % необходимо для получения поризованного арболита с заданными свойствами.
При этом опытным путем установлено, что если доля заполнителя растительного происхождения в сырьевой смеси составляет менее 20 мас. %, то существенно возрастает плотность изделий, повышается их теплопроводность, что ведет к снижению теплоизоляционных свойств изделий. В случае, если доля заполнителя растительного происхождения в сырьевой смеси составляет более 25,5 мас. %, это ведет к необходимости увеличения доли цемента в смеси, что также ведет к увеличению плотности изделий и повышению их теплопроводности.
При этом в качестве заполнителя растительного происхождения могут быть использованы отходы лесозаготовок, лесопиления, деревообработки - опилки, станочная стружка, щепа, а также отходы сельскохозяйственного производства - костра льна и конопли, шелуха риса и гречихи, солома риса, дробленые стебли хлопчатника, стебли камыша и др. с размером частиц от 15 мм до 30 мм.
Наиболее близким решением, принятым за прототип, является также способ изготовления изделий из поризованного арболита согласно известному источнику информации III, заключающийся в том, что измельчают древесные отходы, подвергают их сушке до влажности менее 1% для предотвращения выделения влаги при смешивании со связующим, дозируют компоненты, смешивают их, прессуют изделия, после чего осуществляют их сушку и выдержку, при этом смешивание компонентов осуществляют при следующей последовательности их загрузки: древесные отходы, жидкое стекло в виде 2%-ного раствора, портландцемент Μ 400, вода, хлорид кальция, добавленный в смесь в сухом виде, после чего в полученную смесь вводят водный раствор пенообразователя, перемешивают смесь около 5 мин, далее полученную смесь укладывают в пресс-форму, после чего в течение 10 минут осуществляют подпрессовку и сушку смеси в течение 4 часов при температуре 70°С в сушильной камере, после чего образцы выдерживают на открытом воздухе в течение 24 часов.
Изделия, полученные из данной сырьевой смеси путем осуществления описанного способа, обладают достаточно высоким показателем водопоглощения, который недостаточен для исключения промочек стеновых ограждений, например, под действием косых дождей. Кроме того, данный способ не предполагает изготовления изделий из поризованного арболита, имеющих сложную форму.
3
Таким образом, техническая проблема заключается в том, чтобы расширить номенклатуру изделий, изготавливаемых из поризованного арболита, осуществляя выпуск сложных изделий, например, оконных рам и подоконников, дверных коробок, плит и панелей с разнообразными пазами, обладающих низким показателем водопоглощения, составляющим 12-15%, низкой плотностью изделий, составляющей 450-550 кг/м, и низкой теплопроводностью изделий, составляющей 0.08-0.12 Вт/м°С и высокой прочностью изделий на сжатие, составляющей 3,5 МПа.
3
Технический результат заключается в расширении номенклатуры изделий из поризованного арболита до сложных изделий, например, оконных рам и подоконников, дверных коробок, плит и панелей с разнообразными пазами, обладающих низкой плотностью, составляющей 450-550 кг/м и низкой теплопроводностью, составляющей 0.08-0.12 Вт/м°С, высокой прочностью изделий на сжатие, составляющей 3,5 МПа, при одновременном снижении водопоглощения изделий до 12-15%.
Для этого в смеситель-активатор последовательно вводят воду, гиперпластификатор, редиспергируемый полимерный порошок, цемент, минеральную добавку карбонатных пород, осуществляют перемешивание указанных компонентов до получения однородной консистенции смеси, далее в смеситель-активатор вводят приготовленную техническую пену, осуществляют перемешивание компонентов смеси, после чего в полученную смесь вводят стабилизированный приготовленными водными растворами хлористого кальция и сульфата алюминия заполнитель растительного происхождения и осуществляют перемешивание сырьевой смеси до получения однородной консистенции, далее укладывают и распределяют сырьевую смесь в формах вибролитьевым способом, отформованные изделия сушат при температуре 20°С - 70°С в течение 5 суток - 4 часов соответственно.
Добавление к воде в следующей последовательности гиперпластификатора в количестве 0,25-0,33 мас. %, редиспергируемого полимерного порошка в количестве 1,8-2,2 мас. %, цемента в количестве 27-33 мас. %, минеральной добавки карбонатных пород в количестве 5,4-6,5 мас. %, а также перемешивание компонентов до получения однородной консистенции смеси позволяет получить минерально-вяжущую смесь, обладающую повышенной прочностью и улучшенными гидрофобными свойствами.
Время перемешивания компонентов подбирается опытным путем в зависимости от величины оборотов работы смесителя-активатора и составляет от 1 до 3 минут.
Добавление к смеси приготовленной с помощью пеногенератора технической пены, а также перемешивание компонентов смеси позволяет равномерно распределить воздушную пористость в минерально-вяжущем веществе, следовательно, снизить плотность изделий и получить изделия слитного строения с однородной равномерно распределенной воздушной пористостью в цементирующем компоненте, который полностью заполняет пустоты между частицами заполнителя растительного происхождения, что влияет на снижение параметра водопоглощения изделий.
При этом время перемешивания компонентов активированной минерально-вяжущей смеси подбирается опытным путем в зависимости от величины оборотов работы смесителя-активатора и составляет от 2 до 3 минут.
Обработка приготовленными водными растворами хлористого кальция и сульфата алюминия заполнителя растительного происхождения, в качестве которого может быть использована щепа хвойных пород, костра или лузга сельскохозяйственных культур с размером частиц от 15 до 30 мм, позволяет нейтрализовать действие древесных Сахаров, тем самым стабилизировать заполнитель растительного происхождения, что в свою очередь необходимо для получения поризованного арболита с заданными высокими прочностными свойствами.
При этом время перемешивания компонентов сырьевой смеси подбирается опытным путем в зависимости от величины оборотов работы смесителя-активатора и составляет от 1 до 5 минут.
Добавление подготовленной активированной минерально-вяжущей смеси в стабилизированный водными растворами хлористого кальция и сульфата алюминия заполнитель растительного происхождения, а также перемешивание сырьевой смеси до получения однородной консистенции, позволяет равномерно распределить воздушную пористость по сырьевой смеси, полностью заполнить пустоты между частицами заполнителя растительного происхождения, что позволяет снизить параметр водопоглощения изделий при снижении плотности изделий.
3
Укладывание сырьевой смеси в формы с одновременным распределением ее с помощью виброплощадок вибролитьевым способом позволяет расширить номенклатуру изделий из поризованного арболита до сложных изделий, например, оконных рам и подоконников, дверных коробок, плит и панелей с разнообразными пазами, обладающих одновременно низкой плотностью, составляющей 450-550 кг/м, низкой теплопроводностью, составляющей 0.08-0.12 Вт/м°С, низким водопоглощением изделий, составляющим до 12-15% и высокой прочностью изделий на сжатие, составляющей 3,5 МПа.
Сушку изделий, изготовленных из поризованного арболита, осуществляют при температуре 20°С - 70°С в течение 5 суток - 4 часов соответственно.
Ниже приведены примеры композиций сырьевой смеси для изготовления изделий из поризованного арболита согласно изобретению, а также примеры осуществления способов изготовления изделий из сырьевой смеси.
Пример 1.
Для получения сырьевой смеси согласно изобретению подготавливают следующие компоненты: гиперпластификатор, в качестве которого используют известные гиперпластификаторы для бетона, например, Carbonic фирмы ООО «Текспром», Cementon фирмы Bauchem LTD; редиспергируемый полимерный порошок, например Dairen, Axilat, Acronal; цемент, в качестве которого используют цемент марки не ниже 400М, минеральную добавку карбонатных пород, в качестве которой может быть использован, например, микрокальцит, доломитовая мука или химически осажденный мел; пенообразователь, в качестве которого может быть использован пенообразователь как органического, так и синтетического происхождения, например, ПБ 2000.
Далее осуществляют дозирование компонентов. После чего в смеситель-активатор в следующей последовательности вводят воду, гиперпластификатор CARBONIC фирмы ООО «Текспром» в количестве 0,26 мас. %, редиспергируемый полимерный порошок Dairen в количестве 2 мас. %, цемент марки М500 в количестве 28 мас. %, а также микрокальцит, используемый в качестве минеральной добавки карбонатных пород, в количестве 5,7 мас. %.
Осуществляют перемешивание компонентов смеси до получения однородной консистенции в течение 2 минут.
Далее с помощью пеногенератора осуществляют приготовление технической пены в соответствии с рекомендациями производителя, используя пенообразователь ПБ 2000 в количестве 0,27 мас. % от состава смеси.
Далее в полученную смесь вводят приготовленную техническую пену, осуществляя перемешивание компонентов активированной минерально-вяжущей смеси в течение 3 минут.
Щепу хвойных пород, являющуюся заполнителем растительного происхождения, с размером частиц 20 мм, предварительно стабилизируют, для чего добавляют к заполнителю растительного происхождения смесь водных растворов хлористого кальция и сульфата алюминия, приготовленную из хлористого кальция и сульфата алюминия, взятых в количестве 1,8 мас. % и 0,8 мас. % сухого вещества соответственно.
Такая обработка заполнителя растительного происхождения необходима и позволяет нейтрализовать действие растительных сахаров, которые в процессе взаимодействия с вяжущим образуют вещества, замедляющие схватывание цемента и снижающие его прочность.
Далее добавляют подготовленную активированную минерально-вяжущую смесь к стабилизированной щепе хвойных пород, осуществляют перемешивание сырьевой смеси до получения однородной консистенции в течение 2 минут.
Далее укладывают полученную сырьевую смесь для получения поризованного арболита в формы, одновременно распределяя ее с помощью виброплощадок, предназначенных для виброуплотнения сырьевой смеси.
После чего осуществляют сушку изделий, полученных из поризованного арболита, при температуре 20°С в течение 5 суток. Далее выдерживают изделия в течение 14 дней в отапливаемых помещениях.
Пример 2.
Для получения сырьевой смеси согласно изобретению в смеситель-активатор в следующей последовательности вводят воду, гиперпластификатор CEMENTON фирмы Bauchem LTD в количестве 0,3 мас. %, редиспергируемый полимерный порошок Dairen в количестве 2 мас. %, цемент марки М500 в количестве 30 мас. %, а также химически осажденный мел, используемый в качестве минеральной добавки карбонатных пород, в количестве 6,2 мас. %.
Осуществляют перемешивание компонентов до получения однородной консистенции смеси в течение 2,5 минут.
Далее с помощью пеногенератора осуществляют приготовление технической пены в соответствии с рекомендациями производителя, используя пенообразователь ПБ 2000 в количестве 0,3 мас. % от состава смеси.
Далее в полученную смесь вводят приготовленную техническую пену, осуществляя перемешивание компонентов активированной минерально-вяжущей смеси в течение 2 минут.
Щепу хвойных пород, являющуюся заполнителем растительного происхождения с размером частиц 18 мм, предварительно стабилизируют, для чего добавляют к заполнителю растительного происхождения смесь водных растворов хлористого кальция и сульфата алюминия, приготовленную из хлористого кальция и сульфата алюминия, взятых в количестве 2,1 мас. % и 0,9 мас. % сухого вещества соответственно.
Далее добавляют подготовленную активированную минерально-вяжущую смесь к стабилизированной щепе хвойных пород, осуществляют перемешивание сырьевой смеси в течение 3 минут.
После чего укладывают полученную сырьевую смесь в формы, используя вибролитьевой способ, одновременно распределяя ее с помощью виброплощадок, предназначенных для виброуплотнения сырьевой смеси.
Далее осуществляют сушку изделий, полученных из поризованного арболита, при температуре 40°С в течение 1 суток. После чего осуществляют выдержку изделий в течение 14 дней в отапливаемых помещениях.
3
Таким образом, группа изобретений позволяет получить сырьевую смесь для изготовления изделий из поризованного арболита и способ изготовления изделий из поризованного арболита сложной формы, обладающих высоким значением прочности на сжатие, равным 3,5 МПа, а также имеющих низкий показатель водопоглощения, составляющий 12-15%, низкую плотность изделий, составляющую 450-550 кг/м, и низкую теплопроводность изделий, составляющую 0.08-0.12 Вт/м°С.