способ приготовления смеси для получения композиционного материала и способ получения изделия из композиционного материала

Формула изобретения

1. Способ приготовления смеси для получения композиционного материала на основе цементного вяжущего путем смешения цемента, армирующих волокон, микронаполнителя, пластифицирующей добавки, воды, с предварительной активацией составляющих смесь компонентов, отличающийся тем, что в смесь дополнительно вводят акриловый сополимер, отвердитель акрилового сополимера и минеральный пигмент, при этом на 100 мас.ч. цемента используют 14-20 мас.ч. воды, 0,5-1,5 мас.ч. пластифицирующей добавки, 0,8-8 мас.ч. армирующих волокон, 3-10 мас.ч. акрилового сополимера, 0,5-1,5 мас.ч. отвердителя сополимера, 3-5 мас.ч. минерального пигмента, 10 мас.ч. микронаполнителя, причем сначала в активаторе - смесителе готовят жидкую составляющую из воды, пластифицирующей добавки, армирующих волокон, акрилового сополимера, отвердителя акрилового сополимера и минерального пигмента, проводят распушивание армирующего волокна, затем в смесь вводят микронаполнитель или 15-35% от общего используемого при приготовлении смеси количества цемента, затем жидкую составляющую перекачивают в планетарный смеситель, где производят перемешивание ее с цементом или оставшейся его частью до рабочей консистенции смеси, при этом в качестве пластифицирующей добавки используется суперпластификатор на основе нафталинсульфокислоты и формальдегида - "С-3", в качестве акрилового сополимера используется эмульсия акриловых мономеров МБМ - 5 С, в качестве отвердителя акрилового сополимера используется известь, в качестве микронаполнителя используется микрокремнезем со средним диаметром гранул 0,3-3,0 мкм, в качестве армирующего волокна используются стеклянные волокна с добавлением до 10-15% мелких волокон асбеста или распушенной целлюлозы.

2. Способ получения изделия из композиционного материала, включающий приготовление формовочной смеси для получения композиционного материала и ее последующее формование, отличающийся тем, что смесь готовят по п.1.

3. Способ получения изделия из композиционного материала по п.2, отличающийся тем, что изделия изготавливают на формовочном конвейере методом непрерывного формования, при этом уплотнение смеси ведут с помощью скользящего виброштампа, при этом для ориентации волокон вдоль длинной стороны изделия формовочную смесь подают из промежуточного бункера под воздействием вибрации и вытягивают ее вдоль формы.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что амплитуда колебаний скользящего виброштампа в головной его части составляет 0,5-0,6 мм, а в хвостовой 0,1-0,2 мм.

5. Способ по п.3 или 4, отличающийся тем, что во время виброуплотнения под скользящим виброштампом создается вакуум с разряжением 600 мм водного столба.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что отформованные изделия твердеют и самоуплотняются в термопакетах под пригрузом.

7. Способ по любому из п.3 или 4, отличающийся тем, что используют формы с гибким поддоном.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к изготовлению смеси для получения композиционных материалов и изделий из композиционных материалов для облицовки фасадов зданий, в том числе фиброцементных крупноразмерных плит.

Известен способ приготовления смеси для получения композиционного материала на основе цементного вяжущего путем смешивания цемента, армирующих волокон, микронаполнителя, воды, пластифицирующей добавки, содержащей на 100 мас.ч. цемента 2-18 мас.ч. армирующих волокон, 5-25 мас.ч. микронаполнителей, 20-35 мас.ч. воды и 2-4 мас.ч. пластифицирующей добавки, при этом армирующие волокна добавляют в предварительно замешанную смесь из остальных составляющих, а также изделий из композиционного материала, полученного из этой смеси [см. Патент России №2036886, С04В 40/00, опубл. 09.06.95 г.].

Недостатками данной смеси являются низкие показатели удобоукладываемости формовочной смеси, неравномерность распределения армирующего волокна по объему смеси и, как следствие, разброс прочностных показателей получаемого композиционного материала.

Известен способ приготовления смеси для получения композиционного материала на основе цементного вяжущего путем смешивания цемента, армирующих волокон, микронаполнителя, воды, пластифицирующей добавки, содержащей на 100 мас.ч. цемента 0,5-5 мас.ч. армирующего волокна, 20-100 мас.ч. наполнителя, 30-50 мас.ч. воды, 0,005-5 мас.ч. пластифицирующей добавки, при этом смесь наполнителя и армирующих волокон перед смешиванием с остальными составляющими подвергают механической активации в высоконапряженных аппаратах - центробежно-планетарных или в виброцентробежных мельницах с ускорением воздействующих тел 80-600 м/с² [см. Патент России № 2165399, С04В 40/00, опубл. 20.04.2001 г.].

Способ позволяет получить высокую прочность материала, но является энергоемким и, как следствие этого, дорогостоящим, кроме того, способ не обеспечивает получение изделий с ровной гладкой поверхностью и равномерным распределением армирующих волокон в композиционном материале.

Задачей предлагаемого технического решения является создание способа приготовления смеси для получения композиционного материала, обладающей высокой удобоукладываемостью и формуемостью, обеспечивающей получение прочных и плотных изделий с ровной, гладкой, а также лицевой поверхностью.

Кроме того, предлагаемое техническое решение предлагает способ получения декоративных изделий из композиционного материала - в т.ч. декоративно-отделочных плит (листов) небольшой толщины для облицовки фасадов зданий. Получаемый из данной смеси композиционный материал должен быть недорогим, обладать эластичностью, низким водопоглощением и высокой водостойкостью наряду с высокой прочностью на изгиб. Предлагаемый способ изготовления изделий из композиционного материала должен обеспечивать гладкую красивую поверхность, высокую плотность и прочность, а также должен позволять легко извлекать изделия из формы.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе приготовления формовочной смеси для получения композиционного материала на основе цементного вяжущего путем смешения цемента, армирующих волокон, микронаполнителя, воды, пластифицирующей добавки, имеются отличия, а именно в смесь дополнительно вводят акриловый сополимер, отвердитель акрилового сополимера и минеральный пигмент, при этом на 100 мас.ч. цемента используются 14-20 мас.ч. воды, 0,5-1,5 мас.ч. пластифицирующей добавки, 0,8-8 мас.ч. армирующих волокон, 3-10 мас.ч. акрилового сополимера, 0,5-1,5 мас.ч. отвердителя акрилового сополимера, 3-5 мас.ч. минерального пигмента, 10 мас.ч. микронаполнителя, причем сначала в активаторе-смесителе готовят жидкую составляющую смеси из воды, пластифицирующей добавки, армирующих волокон, акрилового сополимера и отвердителя акрилового сополимера, минерального пигмента, проводят распушивание армирующего волокна, затем в смесь вводят микронаполнитель или 15-35% от общего используемого при приготовлении смеси количества цемента, затем жидкую составляющую перекачивают в планетарный смеситель, где производят перемешивание ее с цементом или оставшейся его частью до рабочей консистенции смеси.

При этом в качестве пластифицирующей добавки используют суперпластификатор на основе нафталинсульфокислота и формальдегида (С-3) [ТУ 2481-016-00369171-99].

В качестве акрилового сополимера используют эмульсию акриловых мономеров "МБМ-5С" [ТУ 6-01-186-89].

В качестве отвердителя акрилового сополимера используют известь.

В качестве микронаполнителя используется микрокремнезем со средним диаметром гранул 0,3-3,0 мкм.

В качестве минерального пигмента может использоваться сурик, охра и т.д.

Кроме того, в случае необходимости введения противоусадочной добавки до 30% цемента заменяется напрягающим цементом.

Кроме того, в качестве армирующего волокна используется стеклянное волокно с добавлением 10-15% мелких волокон (асбеста или распушенной целлюлозы).

Приготовленная указанным способом смесь для изготовления композиционного материала позволяет изготавливать из нее изделия из композиционного материала и декоративно-отделочные плиты различной цветовой гаммы, обладающие большой прочностью и гладкой поверхностью. Акриловый сополимер, используемый в смеси, позволяет снизить количество воды в формовочной смеси до минимума, необходимого для гидратации цемента, без снижения удобоукладываемости смеси. Введение отвердителя одновременно с акриловым сополимером позволяет увеличить роль армирующего волокна в увеличении прочности при изгибе.

Введение минеральных пигментов позволяет расширить цветовую гамму получаемых материалов и изделий.

Предложенная последовательность загрузки компонентов в смесители позволяет получить однородное распределение компонентов в смеси, что увеличивает прочность получаемого композиционного материала и изделий из него.

Предлагаемый способ получения изделия из композиционного материала также позволяет получить методом формования из данной смеси декоративные отделочные плиты с гладкой поверхностью и различной цветовой гаммы крупного размера и небольшой толщины.

Предлагаемые технические решения связаны между собой и образуют единый изобретательский замысел.

Известны способы повышения формуемости различных строительных смесей за счет введения полимерных добавок.

Например, в формовочную смесь вводят до 6 мас.ч. сополимера винилацетата или винилхлорида, или акрилата с гидроксипропилметилцеллюлозой [см. Патент России № 2164899, С04В 26/02,28/04, 24/22, 14/06, опубл. 1990 г.]. Введение данных полимерных добавок повышает прочность при сжатии, снижает водопоглощение, но мало влияет на повышение водостойкости и морозоустойчивости изделия.

Известно использование акриловых полимеров для улучшения физико-механических свойств строительных материалов, например песчаных бетонов различного назначения и штукатурок, в т.ч. декоративных [см. Патент России № 2111321, С04В 26/02, опубл. 1997 г.] и др.

Однако использование акриловых сополимеров в смесях, содержащих фиброволокна, предназначенных для получения особо прочных и плотных изделий, не известно из уровня техники.

С целью получения изделий в виде крупноразмерных облицовочных плит предлагаемое техническое решение наряду с новым способом получения формовочной смеси предлагает отличия от прототипа в условиях формования, заключающиеся в том, что изделие изготавливают на формовочном конвейере методом непрерывного формования, при этом уплотнение смеси ведут с помощью скользящего виброштампа, а для ориентации волокон вдоль длинной стороны изделия формовочную смесь подают из промежуточного бункера под воздействием вибрации и вытягивают ее вдоль формы.

Кроме того, с целью повышения прочности и плотности изделий амплитуда колебаний скользящего виброштампа в головной его части составляет 0,5-0,6 мм, а в хвостовой 0,1-0,2 мм.

Кроме того, с целью удаления пузырьков воздуха из смеси во время виброуплотнения, под виброштампом создается вакуум с разряжением 600 мм водного столба.

Кроме того, с целью дополнительного уплотнения структуры материала отформованные изделия твердеют и самоуплотняются в термопакетах под пригрузом.

Кроме того, с целью облегчения распалубки используются формы с гибким поддоном.

Формовочную смесь для получения композиционного материала готовят следующим образом, соблюдая соотношение компонентов, указанное в формуле.

Минеральный пигмент вводят в бак с водой и смешивают, затем туда же добавляется пластифицирующая добавка. Акриловый сополимер смешивается с пеногасителем в другом баке. Далее обе смеси смешиваются в специальном смесителе-активаторе с армирующим волокном, отвердителем акрилового сополимера, туда же после распушивания армирующего волокна добавляют микронаполнитель или 15-35% от общего используемого количества цемента.

В случае необходимости введения противоусадочной добавки вместо части портландцемента используется напрягающий цемент. Полученная жидкая составляющая смеси подается в планетарный смеситель, туда же добавляют оставшуюся часть цемента. В качестве цемента в зависимости от необходимой окраски изделия может использоваться как портландцемент - так и белый цемент - в этом случае цвет изделия будет определяться вводимым в смесь пигментом.

Смесь перемешивают и подают на формование для изготовления декоративно-отделочных материалов. Изготовление изделий небольших размеров возможно любым известным методом формования материала.

В случае необходимости получения крупноразмерных облицовочных плит формование ведут на формовочном конвейере методом непрерывного формования и уплотнения с помощью скользящего виброштампа, при этом формовочную смесь для ориентации волокон вдоль длинной стороны изделия подают под воздействием вибрации из промежуточного бункера и вытягивают ее вдоль формы.

При этом амплитуда колебаний скользящего виброштампа в головной его части составляет 0,5-0,6 мм, а в хвостовой 0,1-0,2 мм. Под виброштампом для удаления пузырьков воздуха из формуемой смеси создается вакуум с разряжением до 600 мм водного столба. Для улучшения распалубки формовочных изделий используют формы с гибким поддоном. После формования плиты подвергают тепловой обработке в термопакетах под пригрузом.

Пример:

Составы смесей для получения формовочной смеси приведены в табл.1, а результаты физико-механичесикх испытаний образцов, изготовленных из этих смесей прведены в таб. 2.

Таблица 1
Наименование компонентов	Соотношение компонентов мас.ч. в примерах.
	1	2	3	4	5	6	7	прототип 1	прототип 2
Портландцемент	100	100	80	100	100	100	80	100	100
Напрягающий цемент	-	-	20	-	-	-	20	-	-
Микронаполнитель	-	-	-	-	-	10	10	10	-
Песок	-	-	-	-	-	-	-	-	40
Дисперсное стеклянное волокно	2,60	3,71	1,34	0,86	6,83	7,51	6,80	9,0	2,0
Асбест или распушенная целлюлоза	-	-	-	-	-	-	1,00	-	-
Акриловая эмульсия МБМ-5С	3,15	10,00	7,03	7,14	5,28	8,01	8,50	-	-
Отвердитель акрилового сополимера - известь	0,50	1,50	1,00	1,07	0,67	1,21	1,38	-	-
Пластификатор "С-3"	0,53	0,53	1,07	0,94	1,48	0,81	1,35	2,5	0,2
Минеральный пигмент (сурик)	-	-	-	-	-	-	4,20	-	-
Вода	18,27	15,04	16,93	16,20	18,35	17,93	17,30	27,5	35,0

Таблица 2
Наименование показателей	Значения показателей в примерах.
	1	2	3	4	5	6	7	прототип 1	прототип 2
Пластичность смесей, см. ОК	6,0	9,0	7,0	7,5	7,0	8,0	8,0	-	-
Плотность, кг/л	1,67	1,84	2,07	1,73	1,70	1,80	1,98	1,59-2,36	1,65-2,15
Прочность при сжатии, МПа	36,1	39,7	42,8	28,8	37,9	41,2	48,3	-	-
Прочность при изгибе, МПа	17,3	22,4	27,8	25,1	21,3	24,2	28,4	11,15-29,63	19,5-35,3
Водопоглощение, %	3,8	1,6	2,3	2,7	3,0	2,1	1,8	-	-
Морозостойкость, цикл	150	150	150	150	150	150	200	-	-