способ получения сырьевой смеси для производства неавтоклавного пенобетона и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ получения сырьевой смеси для производства неавтоклавного пенобетона, содержащей пенообразователь, полимерный модификатор из группы активных коллоидов и активированный раствор, полученный смешением цемента, технологической добавки и воды с последующей активацией раствора, отличающийся тем, что в качестве технологической добавки используют неорганическую добавку, способную к реакции с Ca(OH)₂, и/или волокнистую добавку, в активированный раствор вводят указанный модификатор, а затем пенообразователь или заранее приготовленную пену при следующем содержании компонентов, мас.%:

цемент	50-70
полимерный модификатор	0,5-1,5
указанная неорганическая добавка	0-20
волокнистая добавка	0-8
пенообразователь	0,44
вода	остальное

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве указанного модификатора вводят полиакрилат натрия.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве указанного модификатора вводят стиролакрилатную дисперсию.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве указанного модификатора вводят поливинилацетатную дисперсию.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерного модификатора вводят карбоксиметилцеллюлозу.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве указанной неорганической добавки вводят кремнеземистые пуццоланы с добавкой силикатов натрия с модулем от 1,5 до 2,5 при содержании силикатов натрия от 5,0 до 15,0% от массы пуццолана.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве неорганической добавки вводят молотый гранулированный доменный шлак, содержащий до 50 мас.% двуводного гипса.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве неорганической добавки вводят карбонат кальция, содержащий до 30% гидрата трехкальциевого алюмината.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве волокнистой добавки вводят волокна полиакриловые с длиной волокон от 4 до 24 мм.

10. Устройство для получения сырьевой смеси для производства неавтоклавного пенобетона, содержащее емкость для получения указанной смеси, устройства для подвода сжатого воздуха и пены, размещенный в емкости приводной вал с закрепленным на нем активатором, выполненным с возможностью организации восходящего и нисходящего потоков смеси, отличающееся тем, что на внутренней поверхности емкости по периметру под углом 45-90° к ее образующей смонтированы отбойные экраны для торможения смеси.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что активатор выполнен из металлических прутьев, закрепленных в нижней части вала, причем прутья образуют параболическую кривую.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что металлические прутья выполнены съемными.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области промышленности строительных материалов и может быть использовано для приготовления неавтоклавного пенобетона, используемого для изготовления блоков и плит в стационарных условиях, а также для заливки ограждающих и несущих конструкций зданий и сооружений жилищного, гражданского и промышленного назначения.

Известен способ приготовления безусадочной ячеистобетонной смеси для получения изделий из неавтоклавного пенобетона повышенной прочности (патент РФ №2139268, публ. 1999 г.) [1].

Известный способ включает раздельное приготовление пены и цементного раствора, причем при приготовлении цементного раствора в качестве добавки вводят оставшуюся после приготовления пены часть соли щелочного металла и соль слабого основания и сильной кислоты, а перед смешением с пеной готовый цементный раствор выдерживают.

При этом при получении пены вводят 1/5-1/20 часть соли щелочного металла, а цементный раствор выдерживают в течение 25-80 мин.

Недостатком данного способа является сложный технологический процесс для его осуществления.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения сырьевой смеси для изготовления неавтоклавного пенобетона (патент РФ №2197451, публ. 2003 г.) [2].

Способ также включает раздельное приготовление пены и цементного раствора, при этом при приготовлении цементного раствора вводят цемент, воду, инициатор и ускоритель отверждения полимера, волокнистый наполнитель, при приготовлении пены вводят ускоритель твердения цемента, а в готовую пену вводят модифицирующую добавку полимера. Перед введением пены цементный раствор активируют.

При этом в качестве пенообразователя используют натриевые соли вторичных алкилсульфатов или окись алкилдиметиламина, в качестве ускорителя твердения соли щелочных металлов - сернокислого калия или натрия, или фтористого натрия, или кремнефтористого натрия, в качестве модифицирующей добавки используют акриловые эмульсии сополимеров стирола, акриловых и метакриловых мономеров, эфиров акриловой и метакриловой кислот в соотношении с инициатором отверждения 1:(0,15-0,35).

Причем указанную добавку вводят в количестве не более 5 мас.% сухого вещества, инициатором отверждения акриловых сополимеров является раствор метилсиликоната натрия или калия, а ускорителем их отверждения - известь или натриевое жидкое стекло.

Компоненты вводят в сырьевую смесь в следующем соотношении, мас.%: цемент 35-65, заполнитель 0-30, волокнистый наполнитель 0-8, ускоритель твердения цемента 0,3-1,6, пенообразователь 0,4-0,85, модифицирующая добавка полимера 0,5-10,0, инициатор отверждения полимера 0,15-0,30, ускоритель отверждения полимера 0,2-3,5, вода остальное.

Недостатком данного способа является сложность техпроцесса приготовления пенобетона и многокомпонентность системы, причем при приготовлении пенобетона используются добавки, исключающие возможность их одновременного применения.

Это относится, в частности, к гидрофильной смеси натриевых солей сернокислых эфиров вторичных спиртов (ПАВ «Прогресс») и гидрофобным кремнийорганическим добавкам - метилсиликонату натрия или калия.

Метилсиликонат натрия или калия являются сильнейшим пеногасителями, и их введение может привести к полному разрушению пенной структуры.

Известно устройство для получения цементно-водной суспензии (патент РФ №2257294, публ.2005 г.) [3].

Известное устройство содержит размещенную в цилиндрической камере мешалку, включающую ротор открытой турбины с радиально-дуговыми лопатками на диске, обращенном к днищу камеры смесителя и консольно закрепленном на вертикальном валу, расположенном в центральном отверстии днища с кольцевым зазором, а также содержащего нижний привод вала, люк для подачи исходных компонентов и разгрузочный патрубок с затвором, днище камеры снабжено сальниковой коробкой с уплотнением для вала, полость которой выполнена сообщающейся с рабочим пространством камеры посредством кольцевого зазора, при этом отношение площадей поперечных сечений в свету камеры и кольцевого зазора составляет 1100-325000, сальниковая коробка снабжена штуцером для подачи сжатого воздуха в ее полость, а разгрузочный патрубок соединен с камерой тангенциально.

Предполагается, что вращение ротора с одновременной подачей воздуха создают эффект кавитации, приводящий к активации суспензии.

Однако вращение суспензии вместе с ротором, при отсутствии в емкости отбойных экранов, не обеспечит активацию раствора, поскольку при отсутствии градиента скоростей весь объем суспензии будет вращаться вместе с ротором.

Задачей настоящего изобретения является повышение качества пенобетона при упрощении технологии его изготовления.

Для решения поставленной задачи способ получения сырьевой смеси для производства неавтоклавного пенобетона включает смешение цемента и воды с последующей активацией полученного раствора, при этом в активированный раствор сырьевой смеси вводят полимерный модификатор из группы активных коллоидов при следующем содержании компонентов, мас.%: цемент 50-70, полимерный модификатор 0,5-1,5, вода остальное.

В качестве полимерного модификатора вводят полиакрилат натрия, или стиролактилатную дисперсию, или поливинилацетатную дисперсию, или карбоксиметилцеллюлозу.

В цементный раствор вводят неорганическую добавку, способную к реакции с Са(ОН) ₂, в количестве до 20 мас.% - кремнеземистые пуццоланы с добавкой силикатов натрия с модулем от 1,5 до 2,5 при содержании силикатов натрия от 5,0 до 15,0 мас.% от массы пуццолана или молотый гранулированный доменный шлак, содержащий до 50 мас.% двуводного гипса, или карбонат кальция, содержащий до 30% гидрата трехкальциевого алюмината.

В цементный раствор вводят волокнистую добавку в количестве до 8 мас.% - волокна полиакриловые с длиной волокон от 4 до 24 мм.

Устройство для осуществления способа содержит емкость для приготовления сырьевой смеси, устройства для подвода сжатого воздуха, размещенный в емкости приводной вал с закрепленным на нем активатором, выполненным с возможностью организации восходящего и нисходящего потоков суспензии смеси, отличающееся тем, что на внутренней поверхности емкости по периметру под углом 45-90° к образующей смонтированы отбойные экраны для торможения суспензии.

Активатор может быть выполнен из металлических прутьев, закрепленных в нижней части вала, причем прутья образуют параболическую кривую. Металлические прутья могут быть выполнены съемными.

Сущность изобретения заключается в следующем.

В отличие от прототипа не в пену, в активированный цементный раствор вводят полимерный модификатор из группы активных коллоидов. Механическая активация сырьевой смеси осуществляется следующим образом. За счет вращения вала и легкого, но динамически устойчивого активатора суспензия цемента начинает интенсивно перемещаться от центра к периферии емкости. Благодаря наличию на стенке отбойных экранов, расположенных перпендикулярно или под углом 45°С движению потока, внутри потока возникают параллельные слои, перемещающиеся относительно друг друга с некоторой скоростью. В результате подобного перемещения между слоями потока возникают силы трения, под действием которых с поверхности зерен цемента сдирается гидратная пленка.

Гидратные новообразования, содранные с поверхности зерен цемента, попадают в межзерновое пространство и формируют большое количество центров кристаллизации. Активные коллоиды полимерного модификатора способны блокировать большое количество центров кристаллизации, сформировавшихся в межзерновом пространстве.

После введения полимерного модификатора из активированной смеси формируется пенобетон либо взбиванием после добавки пенообразователя, либо смешением с заранее приготовленной пеной.

В результате такого приготовления происходит измельчение внутренней структуры цементного камня, уплотнение межпорового пространства, что ведет к повышению прочностных характеристик неавтоклавного пенобетона.

Для расширения диапазона свойств пенобетона в процессе получения сырьевой смеси могут вводиться неорганических добавки, способные поглощать оксид кальция при нормальной температуре, которые в совокупности с полимерным модификатором обеспечивают химическую активацию смеси. В этом случае в первую очередь гидрооксид кальция вовлекается в реакцию с неорганическими добавками, выбранными из неорганических соединений, способных к реакции с Са(ОН)₂, и образует более прочные и водостойкие кристаллогидраты. Волокнистая добавка повышает прочность при изгибе и общую прочность, способствуя повышению прочности при сжатии.

Таким образом, технический результат, достигаемый заявленным решением, заключается в повышении прочности пенобетона при снижении его плотности и ускоренного твердения.

На фиг.1, 2 представлена принципиальная схема устройства для производства неавтоклавного пенобетона, содержащая емкость 1 с перемешивающим устройством 2, загрузочный лючок 3, кран 4 выдачи пенобетона, кран 5 сброса давления, отбойные экраны 6, вал 7 с закрепленным на нем при помощи хомута 8 активатора, состоящего из параболических прутьев 9, и электропривод 10.

Сырьевую смесь для производства неавтоклавного пенобетона готовят следующим образом.

В емкость 1 в виде бака устройства через загрузочный лючок 3 заливается вода, цемент, волокнистая и неорганическая добавки, включается привод 10, и за счет вращения вала 7 суспензия цемента начинает интенсивно перемещаться, при этом активатор при помощи прутьев 9 направляет поток от центра к стенкам бака. У стенок бака поток сталкивается с отбойными экранами 6. При этом возникает тороидальный поток суспензии, который в нижней части бака устремляется к стенкам и вверх, а в верхней - к центру и вниз. Благодаря наличию на стенке отбойных экранов 6, расположенных перпендикулярно движению потока, или наклоненных под углом 45°, внутри потока возникают параллельные слои, перемещающиеся относительно друг друга с некоторой скоростью. За счет трения частиц цемента под действием центробежных сил и относительного их перемещения с поверхности зерен сдирается гидратная пленка. Активация осуществляется в течение 1-2 минут.

В конце активации перед введением пены в емкость добавляется полимерный модификатор. После приготовления подобным образом сырьевая смесь смешивается с заранее приготовленной пеной или взбивается после добавления в нее пенообразователя. Готовый пенобетон заливается в формы или строительные конструкции.

В процессе испытаний из полученной сырьевой смеси готовился пенобетон, которым заливались стандартные образцы.

Составы сырьевой смеси, используемой в испытаниях, приведены в табл.1, физико-механические свойства испытанных составов приведены в табл.2.

Результаты испытаний свидетельствуют, что физико-механические свойства пенобетона, приготовленного с использованием заявленного способа, существенно превосходят свойства пенобетона, приготовленного по способу аналога и прототипа. При этом способ выгодно отличается меньшей компонентностью и, соответственно, простотой осуществления.

Таблица 1 Содержание компонента, мас.%
Пример	Цемент	Неорганическая добавка		Волокнистая добавка	Полимерный модификатор	Вода	Соль	Известь		Метилсиликонат натрия	Пенообразователь
1	70	0		0	1,0*	27,56	-	-		-	0,44
2	70	0		0	1,0**	27,56	-	-		-	0,44
3	70	0		0	1,0***	27,56	-	-		-	0,44
4	70	0		0	1,0****	27,56	-	-		-	0,44
		Диатомит	Силикат натрия М=2,0; =1,4 г/см3	Волокна полиакрилатные с длиной волокон 4-8 мм	Полиакрилат натрия
5	50	18	2	1,0	1,0	27,56	-	-		-	0,44
6	60	9	1	1,0	1,0	27,56	-	-		-	0,44
7	70	0	0	1,0	1,0	27,56	-	-		-	0,44
		Молотый гран-шлак	Гипс двуводный	Волокна полиакрилатные с длиной волокон 4-8 мм	Дисперсия стиролакри-латная
8	50	15	5	1,0	1,0	27,56	-		-	-	0,44
9	60	7,5	2,5	1,0	1,0	27,56	-		-	-	0,44
10	70	0	0	1,0	1,0	27,56	-		-	-	0,44
		Карбонат калькия	Гидрат трехкальциевого алюмината	Волокна полиакрилатные с длиной волокон 4-8 мм	Карбоксиметилцеллюлоза
11		16	4	1,0	1,0	27,56	-		-	-	0,44
12		8	2	1,0	1,0	27,56	-		-	-	0,44
13		0	0	1,0	1,0	27,56	-		-	-	0,44
Пример	Цемент		Неорганическая добавка	Волокнистая добавка	Полимерный модификатор	Вода	Соль		Известь	Метилсиликонат натрия	Пенообразователь
14	46		20	-	-	31,89	0,55		-	-	0,36
Аналог /I/
15	50,8		12,23	-	5,15	28,4	0,82		0,8	0,95	0,85
Прототип /2/
* - полиакрилат натрия; ** - дисперсия стиролакрилатная; *** - дисперсия поливинилацетатная; **** - карбоксиметилцеллюлоза.

Таблица 2
Пример	Физико-механические и теплофизические свойства
	Средняя плотность, кг/м3	Прочность при сжатии, через 28 суток, МПа	Коэффициент теплопроводности в сухом состоянии, Вт/м°С	Сорбционная влажность, %
1	412	1,93	0,092	2,1
2	425	1,87	0,093	11,2
3	417	2,11	0,087	6,8
4	413	1,86	0,088	9,6
5	420	2,21	0,076	4,6
6	426	2,1	0,077	4,8
7	429	1,85	0,078	4,9
8	412	1,97	0,082	0,78
9	404	1,91	0,079	0,56
10	396	1,87	0,076	0,46
11	417	1,93	0,089	2,3
12	420	1,87	0,092	2,2
13	425	1,85	0,094	2,1
14	430	1,2	-	-
15	430	1,82	0,098	16