способ изготовления изделий из бетона

Формула изобретения

1. Способ изготовления изделий из бетона, включающий подготовку металлической формы, размещение в ней свободно полимерной пленки по контуру формующих поверхностей, приготовление пластичной бетонной смеси, литье последней в форму, уплотнение, предварительное выдерживание для набора заданной прочности бетона и окончательное отверждение изделия в среде насыщенного пара или на воздухе, отличающийся тем, что свободную полимерную пленку размещают так, чтобы создать герметичную без разрывов в местах стыков формы оболочку, а после заливки в нее бетонной смеси поверхность закрывают пленкой так, чтобы создать полностью замкнутую и предотвращающую контакт поверхности изделия с воздухом оболочку, при этом в качестве полимерной пленки используют полиэтиленовую, целлофановую, поливинилхлоридную, полипропиленовую, полиамидную, фторопластовую, уплотнение производят вибрированием под пригрузом, а предварительное выдерживание производят до достижения бетоном прочности, равной 0,1 0,2% от марочной.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что окончательное отверждение изделия производят в форме и пленке под пригрузом при нормальном давлении в электрических, или индукционных, или газовых печах, или пропусканием электрического тока через металлическую форму или электроды, или инфракрасными нагревателями по циклограмме: нагрев до температуры 85 95^oC в течение 1 4 ч, изотермическая выдержка в течение 6 15 ч, равномерное охлаждение в течение 1 3 ч, последующая выдержка изделия в форме при температуре среды выше 18^oC в течение 2 3 ч.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после предварительного выдерживания изделие в пленке извлекают из формы, а окончательное отверждение осуществляют в автоклаве при температуре, превышающей температуру плавления полимерной пленки, или изделие извлекают из формы и освобождают от пленки, а окончательное отверждение проводят в автоклаве или пропарочной камере.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству строительных материалов и конструкций, в частности к производству строительных блоков, панелей, плоских и пространственных конструкций из ячеистого и монолитного (тяжелого, легкого) бетона.

Известен способ изготовления перечисленных изделий, включающий стадии подготовки формы и смеси, литья, выдержки в климатической камере или на воздухе, разрезки на части и набора прочности в среде насыщенного пара или на воздухе при температуре окружающей среды или при конвективном, электрическом, инфракрасном или иных подогревах, когда для обеспечения легкого отделения отлитого бетонного изделия от формы, ее стенки перед заливкой бетонной массы покрывают смазкой на основе отработанных автотракторных и др. масел, в которые введены добавки для уменьшения адгезии бетонной массы к форме, повышения стабильности смазок и др. (1).

Например, смазывают смесью кулисного и машинного масел (2) веретенным маслом с добавками мыла, нефтяной эмульсии и др. (3).

Однако этот способ несмотря на очевидную простоту и дешевизну, не всегда обеспечивает требуемый эффект отделение изделия от формы, поскольку заливаемая в форму бетонная масса при падении разбрызгивает и выдавливает жидкую смазку со дна формы, нарушая антиадгезионный слой. Жидкая смазка стекает со стенок формы, что приводит к их оголению и налагает довольно жесткие требования к промежутку времени между смазкой формы и заливкой массы. Кроме того, жидкие смазки испаряются, пачкают одежду и оборудование, что создает плохие экологические условия для рабочих. Требуется особый контроль при нанесении смазки для предотвращения пропусков поверхности. Жидкая смазка впитывается в поверхностные слои изделий и ухудшает в дальнейшем прилипание и сохранность защитных и декоративных покрытий (штукатурки, краски).

Известны способы изготовления изделий из бетона, когда для обеспечения антиадгезионных свойств поверхности форм покрывают твердым покрытием на основе полиуретана (4).

Известен способ изготовления изделий из бетона, включающий стадии подготовки формы и смеси, литья, выдержки в форме и набора прочности в среде насыщенного пара, когда поверхности формы, соприкасающиеся с бетонной массой, облицовывают полимерной пленкой (5), такое покрытие уменьшает адгезию бетона к форме и увеличивает количество съемов с формы по сравнению с масляными покрытиями и покрытиями на основе каучуков. Однако покрытие должно иметь высокий уровень адгезии к форме (P 1 МПа) во избежание отслаивания при распалубке изделий, что требует особых приемов при приклейке или механическом соединении пленки с формой и тем самым усложняет и удорожает производство изделий. Кроме того, приводит к необходимости после 30-50 съемов очищать формы от использованных покрытий, вновь их восстанавливать и иметь запас форм для восстановления покрытий, что удорожает производство. После извлечения изделия внутренние поверхности формы необходимо готовить к новой заливке (мыть, очищать от остатков бетона и др.), что снижает оборачиваемость и также усложняет и удорожает процесс изготовления изделий. В результате появления пятен эрозии на поверхности покрытия после 20-30 съемов с формы качество поверхности изделия постепенно ухудшается. Самое же главное, полимерные покрытия (полиэтиленовые, фторопластовые, каучуковые и др.) имеют низкую температурную стойкость (T 200^oC), что усложняет и удорожает техпроцесс производства изделий, требующий автоклавной обработки, вследствие того, что изделие обязательно нужно снимать с поддона перед отправкой в автоклав во избежание расплавления пленочного покрытия поддона. Это обстоятельство также не позволяет увеличивать температуру и давление в автоклаве сверх T=175-200^oC, P= 0,8-1,3 МПа (см. (1), с. 237, 275, 364.), что необхдимо для повышения прочности и морозостойкости бетона, ускорения процесса его созревания и оборачиваемости форм.

Готовые изделия требуют зачастую калибровку фрезерованием (см. (1)) и соответственно улучшения качества поверхности перед отделкой, что также удорожает производство.

Изделия, не требующие автоклавной обработки, в период созревания бетона во избежание усадки и появления трещин необходимо в течение нескольких суток до набора 70% прочности поливать водой, предварительно укрыв мешковиной, брезентом, опилками, полиэтиленовой пленкой (см. (1), с.219).

Это требует постоянного контроля, отвлечения работающих от других работ и повышает затраты.

Известен способ изготовления изделий из бетона (6), когда в подготовленной металлической форме размещают свободно полимерную пленку по контуру формующих поверхностей, далее подготавливают смесь, заливают в форму, уплотняют, выдерживают два набора распалубочной прочности, извлекают изделие в пленке из формы, окончательно отверждают и снимают пленку.

Однако здесь возможно размещение не соединенной с поверхностью формы пленки так, что стыки стенок формы будут не герметичны (пленка свободно прилегает к стенкам, но не представляет собой единого полотна, закрывающего все внутренние поверхности формы) и произойдет местное обезвоживание смеси. Далее окончательное отверждение происходит в пленке, но при нормальной температуре, т.е. набор прочности значительно длительнее, нежели при использовании автоклава или искусственного подогрева формы. Т.е. пленка используется только для предотвращения прилипания смеси к форме.

Кроме того, соединенные с формой полимерные покрытия не обеспечивают герметизацию стыков стенок формы. При заливке форм и термообработке изделий нагревом до 85-95^oC в газовых или электрических печах, лучистым или контактным нагревом или пропусканием электротока, вода испаряется через открытую верхнюю часть формы и неплотности между пригрузом и стенками формы или просачивается в стыках, что приводит бетонную мессу к местному пересыханию на отдельных участках. Это ухудшает качество изделия. Снижение температуры прогрева нежелательно из-за увеличения сроков созревания бетона и снижения прочности. Нагрев же в герметично закрытой форме, при котором обеспечивается прогрев при давлении, несколько превышающем нормальное, и в среде насыщенного пара повышает прочность и морозостойкость бетона.

Одновременно улучшаются условия труда и удешевляется производство вследствие исключения специальных пропарных камер.

Задачей изобретения является удешевление и упрощение процесса изготовления изделий из бетона, обеспечение высокого качества поверхности изделия независимо от количества съемов с формы, а также повышение прочности и морозостойкости отформованного изделия.

Это достигается тем, что внутренние поверхности подготовленной к заливке формы полностью закрывают не соединенной с поверхностью формы свободной полимерной пленкой, далее заливают подготовленную заранее бетонную смесь, полностью закрывают наружную поверхность залитой смеси этой же пленкой, кладут пригруз, вибрируют, выдерживают изделие в форме до набора бетоном структурной прочности 0,1 0,2% от нормальной, далее освобождают изделие из формы и, не вынимая из пленки, направляют в автоклав на термообработку при температуре, превышающей температуру плавления этой пленки, или на склад промежуточной продукции, или вынимают из пленки и, разрезав на части или целиком, направляют в автоклав или пропарочную камеру, или, не освобождая из формы и не вынимая из пленки, подвергают термообработке при давлении 0,1 МПа по циклограмме: нагрев до T 85 95^oC в течение 1 4 ч, изотермическая выдержка в течение 6 15 ч, равномерное охлаждение в течение 1 3 ч и далее выдержка в форме при температуре среды выше 18^oC в течение 2 3 ч.

На фиг. 1 6 представлены примеры осуществления способа.

На фиг. 1 представлена форма, покрытая изнутри полимерной пленкой с отогнутыми наружу краями в момент заливки; на фиг. 2 форма, заполненная бетонной массой, а закрытой внахлест (по 1/2 припуска) пленкой верхней поверхностью и пригрузом; на фиг. 3 та же форма, но загнутые внутрь формы края пленки не соединены внахлест, а для полного закрытия верхней поверхности бетонной массы используется дополнительная пленка, вырезанная по размерам формы шириной H и длиной C; на фиг. 4 и 5 условные точки A и A1 на форме и раскрое пленки, которые необходимо совместить при укладке пленки в форму; на фиг. 6 вид сверху на форму со сформированными складками на пленке; на фиг. 7 заливочная форма с электродами, помещенными внутри объема, образованного пленкой.

Для осуществления изобретения собирают форму, вырезают полимерную пленку толщиной 0,01 0,2 мм по размерам (фиг. 1, 2 и 5) ширина 2B+2H+60(80) мм и длина C+2B+100(200) мм или ширина 2B+H+60(80) мм и длина C+2B+100(200) мм (фиг. 3). Припуски на ширину (60 800 мм) и длину (100 200 мм) нужны для обеспечения полного перекрытия пленкой наружной поверхности залитой бетонной массы (фиг.2).

Пленку используют полиэтиленовую, целлофановую, поливинилхлоридную, полипропиленовую, полиамидную, фторопластовую.

Пленку укладывают внутрь формы так, чтобы совместить точку A на форме и точку A1 на раскрое (фиг. 4 и 5), т.е. чтобы середина ширины пленки соответствовала середине ширины формы (и аналогично длины), разравнивают пленку по днищу формы и стенкам, а образующиеся в углах излишки пленки формируют в плоские складки, которые тоже разравнивают по поверхности стенок формы (фиг. 1 и 6). При этом края пленки, выступающие вверх за края формы, отгибают наружу (фиг. 1) на половину припуска. Складки пленки необходимо разравнивать и прижимать к поверхности формы во избежание возникновения пустот, разрыва пленки при заполнении формы бетонной массой и ухудшения качества изделия и его поверхности.

Для ускорения процессов подготовки множества форм к заливке и обеспечения герметизации формы, пленку заранее вырезают и сваривают по краям по шаблону формы, так, чтобы получить готовый пакет из пленки, который просто вставляют в форму, разравнивают по стенкам и отгибают края. Далее, производят заполнение формы бетонной массой до уровня проектной отметки. Например, до верхнего края формы при заливке или пенобетона или другого уровня 0,9 0,95 от высоты (размер B1 на фиг. 1 и 2) формы, если заливается газобетон. В последнем случае необходим свободный съем в форме для размещения поднявшейся в результате образования газовых пор бетонной массы. Температура формы и заливаемой массы - порядка 40 50^oC. После заливки загибают ранее отогнутые наружу края пленки внутрь формы, соединяют их внахлест по 1/2 припуска (фиг. 2) так, чтобы не осталось незакрытых пленкой поверхностей бетона, и кладут пригруз. При этом при заливке пенобетона пригруз имеет ограничители, а при заливке газобетона пригруз не ложится на поверхность залитой бетонной смеси, оставляя свободным объем формы для заполнения вспучивающейся при газообразовании бетонной массой, которая, упираясь в пригруз, образует плоскую поверхность. Для образования гладкой наружной поверхности свободный объем формы должен быть на 5 10% меньше приращения объема вспучивающейся массы. Залитую форму вибрируют и далее оставляют на 1 2 ч в нормальных условиях или в камере микроклимата при T 50^oC для заполнения всего свободного объема вспучивающейся массой (для газобетона) и набора бетоном (газо, пено или монолитным) структурной прочности 0,1 0,2% от номинальной для заливаемой марки (класса) бетона, которая позволяет сохранить форму изделия после снятия пригруза и боковых стенок формы.

Например, для бетона марки 0м300, имеющего при полном наборе прочности допускаемое напряжение сжатия s 30,0 МПа, эта величина составит s 0,03 0,06 МПа. После этого снимаются пригруз и боковые стенки формы. Если залит пено -, газо- или монолитный бетон, требующий автоклавной обработки (например все силикатобетоны, а также шлакоцементные или цементные), то изделие, не вынимая из пленки, на поддоне или без него отправляют в автоклав. В автоклаве при температуре 170 200^oC в период прогрева до T=100^oC при давлении 0,1 МПа в течение первых 3 ч происходит набор прочности за счет подогрева массы, при повышении температуры до 170 200^oC и давления до 0,8 1,2 МПа (и выше при увеличении параметров обработки). Полимерная пленка, имеющая температура плавления 100 200^oC, расплавляется, собирается в мелкие шарики, открывая поверхность изделия и обеспечивая термообработку изделия аналогично незавернутому в пленку, т.е. позволяет пару проникать в поры бетонной массы, обеспечивая ускорение протекания химических реакций образования гидросиликатов и гидроалюминатов кальция и др.

Используют в качестве полимерной пленки: полиэтиленовую целлофановую, поливинилхлоридную, полиамидную, с T пл. 125 135^oC, полипропиленовую, фторопластовую с T пл. 170 190^oC.

После окончания автоклавной обработки изделие, набравшее прочность 100% от номинальной, отправляют на склад готовой продукции, освободив от остатков пленки. Если залит бетон, не требующий тепловой обработки (обычно монолитны), то изделие в пленке отправляют на склад промежуточной продукции. Изделие из бетона на складе промежуточной продукции находится завернутым в пленку и не теряет влагу и поэтому не требуется его доувлажнения поливом и закрытие мешковиной в первые 5 6 суток, как обычно делается. Через 28 суток выдержки и набора 80% номинальной марочной прочности, изделие распаковывают из пленки и отправляют на склад готовой продукции. Освобождение изделия от пленки можно производить как вручную в силу отсутствия адгезии пленки к бетону, так и ее оплавлением в печах, индукционным нагревом, нагревом паяльной лампой и др.

Если осуществляется режим термообработки в автоклаве при пониженных менее 0,4 МПа давлениях и соответственно температурах менее 140^oC или в пропарочной камере при давлении 0,1 МПа и температурах 80 100^oC, то пленка может не расплавиться, а для достижения эффекта от термообработки пленку необходимо удалить. Если требуется разрезать крупный блок не мелки, что необходимо делать перед термообработкой, то пленку также необходимо удалить. Для этого изделие после снятия пригруза и боковых стенок формы разворачивают из пленки сверху и с боков, далее кантуют и полностью снимают пленку. Если заливается большой массив, а необходимо сделать мелкие блоки, то массив разрезают резательными машинами. После этого изделие направляют в автоклав или в пропарочную камеру. Пленку же используют повторно.

Если выбран режим термообработки при давлении 0,1 МПа и температуре 80 - 100^oC, то дополнительное свойство пленки не пропускать воду позволяет изготавливать изделие с помощью свободной пленки и без использования пропарных камер.

В этом случае завернутое в пленку изделие, не вынимая из формы, вначале нагревают до температуры 95 95^oC в течение 1 4 ч в электропечах обычного или индукционного нагрева или газовых печах или пропускают электрод через металлическую форму или через электроды, вставленные внутрь формы, так, чтобы они оказались внутри объема, ограниченного пленкой, по периферии бетонной массы (см. фиг. 7), инфракрасными нагревателями или контактным способом. Далее подвергают изотермической выдержке в течение 5 15 ч, охлаждают в течение 1 3 ч и далее выдерживают при температуре выше 18^oC в формах в течение 2 3 ч. При этом практически реализуется тепловой режим пропарной камеры, поскольку вода, на которой затворялся бетон, испаряясь, остается в объеме формы благодаря изолирующему действию пленки и полностью используется для образования гидросиликатов, гидроалюминатов, гидроферритов кальция и др. соединений, образующих искусственный нерастворимый в воде камень. Применяемый тепловой прогрев током, теплым воздухом, контактным нагревом, инфракрасными лучами в этом случае к местному пересыханию не приводит, усадка бетона не возрастает. Форма не позволяет изделию разрушиться или деформироваться под воздействием образующихся внутри пленки паров.

В качестве антиадгезионного материала могут быть использованы полиэтиленовая, целлофановая, поливинилхлоридная, полипропиленовая, полиамидная, фторопластовая и др. пленки. Наиболее подходит полиэтиленовая пленка в силу полного отсутствия адгезии ее как к материалу формы, так и к застывшей бетонной массе, и низкой температуры плавления T пл. 127 - 135^oC, а также в силу развитости промышленной базы по ее производству 28 млн.т. в год (по уровню 1985 г.). При этом пленка из полиэтилена среднего и высокого давления (ПОД и ПВД) более прочна, нежели из полиэтилена низкого давления (ПНД), s 27 30 МПа, по сравнению с s 20 30 МПа. Это дает ей преимущества при производстве большеразмерных изделий. Кроме того, ПОД и ПВД имеют более низкую температуру плавления T пл 127 130^oC, что дает преимущества (хотя и незначительное) при автоклавной обработке.

Способ был опробован при изготовлении модельных блоков размерами 100 х 100 х 100 мм. Изготавливались три блока в одной трехсекционной литьевой форме.

При изготовлении двух из блоков использовалась полиэтиленовая пленка толщиной d 0,05 мм ТУ 6-05-1721-75.

Состав бетона, цемент 16, известь 18, молотый песок + цемент 18, песок 48, ПАП-1 0,10 в/тв 0,35. Залитые в форму и виброуплотненные блоки, покрытые пленкой и без пленки, обрабатывались в автоклаве (P 0,8 МПа и 175^oC) в течение 10 ч. После термообработки пленка на боковых поверхностях блока оплавилась полностью.

Прочность на сжатие в пленке и без пленки практически одинакова. Третий залитый и виброуплотненный блок в пленке помещался в электрошкаф СНОЛ и нагревался до 90^oC в течение 3 ч, после чего выдерживался в печи в течение 8 ч, равномерно охлаждался в течение 2 ч и далее находился при комнатной температуре. Прочность на сжатие удовлетворительно сходится с уровнем прочности, получаемым в пропарочных камерах.

Стоимость изделий снижается за счет того, что не требуется иметь большое количество запасных форм, как в случае использования стационарных покрытий, когда часть форм требуется исключить из производства для восстановления покрытий и заменять их новыми с восстановительными покрытиями, для чего необходимо иметь как минимум два полных комплекта с покрытиями.

Далее после распалубки изделия боковины форм и пригрузы не нужно укладывать на специальные подставки во избежание повреждения покрытий. Исключение изготовления и ремонта подставок, а также выделения под них специальных площадей в цехе удешевляет производство изделий из бетона. Не требуется восстанавливать неизбежные при распалубке повреждения покрытий, что еще больше удешевляет производство.

Повторное использование пленки при изготовлении изделий как требующих, так и не требующих автоклавной обработки, позволяет также удешевить производство.

Качество поверхности изделия при использовании пленок малой (d 0,01 - 0,2 мм) толщины определяется в основном качеством внутренней поверхности формы и пригруза и может быть доведено при изготовлении изделий до уровня выше ферезрованной, т. к. образованные в процессе закрытия формы пленкой складки не создает грубых дефектов поверхности из-за малой толщины пленки.

Складка даже в три слоя пленки толщиной d 0,01 0,2 мм создает на поверхности изделия дефект глубиной h 0,03 0,6 мм, что соответствует чистоте поверхности механически обработанных металлических изделий и на несколько порядков ниже дефектов поверхности обычных изделий из бетона. Качество поверхности изделий при этом от заливки к заливке не меняется, поскольку каждый раз используется новое покрытие, не имеющее дефектов.

Использование свободной полимерной пленки позволяет не связывать параметры автоклавной обработки изделия с температуростойкостью покрытия, поскольку в автоклаве происходит оплавление пленки, и чем ниже температура плавления пленки, тем быстрее произойдет оплавление. Поэтому параметры автоклавов могут быть увеличены от существующих (см. выше) до любого требуемого уровня, а физико -механические характеристики и морозостойкость бетона -улучшены.

Кроме того, повышение параметров автоклава позволяет уменьшить время обработки, соответственно увеличить количество загрузок автоклава в сутки и тем самым дополнительно удешевить производство.

Использование свободной пленки совместно с термообработкой блоков в электрических (обычных или индукционных) или газовых печах, контактным способом, инфракрасными нагревателями или пропусканием электротока позволяет значительно улучшить условия труда и снизить затраты вследствие исключения пара, на образование которого тратится вода, электроэнергия, требуется специальное оборудование и который после отработки выбрасывается в атмосферу, а также вследствие исключения из техпроцесса остродефицитных и дорогостоящих автоклавов и пропарных камер. При использовании газовых печей обеспечивается тот же эффект. Фактически реализуется безотходное производство.