способ изготовления сырьевой смеси для ячеистого бетона

Формула изобретения

1. Способ изготовления сырьевой смеси для ячеистого бетона, включающий приготовление сухой смеси из части компонентов, включая портландцемент, введение в полученную смесь комбинации алюмосиликатных микросфер и одно- или многослойных углеродных нанотрубок в соотношении 1:10 в качестве модифицирующей добавки, введение алюминиевой пудры в качестве порообразователя, перемешивание смеси в полном составе в механоактиваторе, отличающийся тем, что сухую смесь готовят из портландцемента марки 500 Д0 и кварцевого песка, который предварительно высушивают и измельчают до удельной поверхности не более 2400 см²/г с одновременным перемешиванием его с портландцементом в механоактиваторе, структурируют воду и вводят в нее модифицирующую добавку, добавляют в сухую смесь полученный водный раствор и перемешивают в течение не менее 5 мин, после чего добавляют алюминиевую пудру, каустическую соду и продолжают перемешивание еще в течение 3 мин, причем компоненты вводят при следующем их соотношении, мас.%:

портландцемент марки 500 Д0	20-75
кварцевый песок	20-75
указанная модифицирующая добавка	0,1-6,0
алюминиевая пудра	0,007-0,5
каустическая сода (на сухое вещество)	0,0005-0,005
вода	остальное

2. Способ изготовления сырьевой смеси для ячеистого бетона по п.1, отличающийся тем, что в смесь добавляют полипропиленовую или металлическую фибру в количестве 0,003%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а более конкретно к производству ячеистых бетонов.

Известен способ изготовления ячеистого бетона (RU 2000108984 A, МПК 7 C04B 38/10, опубл. 27.04.2002 г.), включающий приготовление шлама зольного и смешивание его с водным раствором каустической соды, портландцементом, полуводным гипсом, алюминиевой пудрой, сульфонолом и водой, при следующем составе, мас.%:

Шлам зольный (на сухое вещество)	26,25-30,00
Каустическая сода (на сухое вещество)	0,12-0,20
Портландцемент	28,64-31,42
Алюминиевая пудра	0,09-0,250
Сульфонол	0,007-0,009
Полуводный гипс	6,0-7,0
Вода	остальное

К недостаткам описанного способа можно отнести то, что при изготовлении шлама зольного необходимо проводить лабораторный анализ для определения качества золы-уноса, что усложняет технологический процесс. Кроме того, зола-унос при изменении температуры или влажности окружающей среды способствует образованию внутри бетона внутриструктурного напряжения, что приводит к образованию микротрещин. Использование полуводного гипса ослабляет бетон.

В качестве ближайшего аналога принята сухая смесь для производства ячеистого бетона (RU 2394007 C2, МПК C04B 38/10, B82B 3/00, G21F 1/04, опубл. 10.07.2010 г.), включающая, мас.%:

Портландцемент	20-75
Минеральный наполнитель	7-75
Микрокремнезем	0-6,0
Суперпластификатор на основе натриевых
солей продуктов конденсации
нафталинсульфокислоты и формальдегида	0,1-2,5
Модифицирующая добавка, состоящая
из комбинации алюмосиликатных микросфер
и одно- или многослойных углеродных
нанотрубок в соотношении 1:10	0,1-5,0
Порообразователь	0,002-0,45
Полипропиленовая фибра	до 1,5 кг на 1 м 3 сухой смеси

Сухая смесь готовится следующим образом.

В смеситель в заданной пропорции подают портландцемент, затем микрокремнезем, суперпластификатор, модифицирующую добавку, порообразователь и перемешивают в течение 5 минут. Затем добавляют полипропиленовую фибру, наполнитель и перемешивают в течение не менее 10 минут. Приготовленную таким образом смесь подают в механоактиватор.

Вышеописанный способ получения сухой смеси для ячеистого бетона обладает следующими недостатками.

Во-первых, перемешивание смеси с использованием алюминиевой пудры в качестве порообразователя в течение 15 минут в смесителе, а затем еще в механоактиваторе является небезопасным способом в связи с ее повышенной взрывоопасностью и пожароопасностью. Как известно, товарный порошок алюминия для снижения степени опасности его хранения подвергается обработке, а именно на поверхность частиц наносится гидрофобная пленка из воска или силикона. При измельчении смеси с алюминиевой пудрой в механоактиваторе произойдет разрушение защитной пленки, что может привести к взрыву смеси.

Во-вторых, наличие в составе смеси, предназначенной для получения ячеистого бетона, такой добавки, как микрокремнезем, как показали исследования на опытных образцах, отрицательно сказывается на качестве бетона. Это происходит вследствие того, что микрокремнезем стабилизируется в бетоне через 10-15 минут, а стабилизация ячеистого бетона происходит через 20-40 минут. Неравномерность стабилизации приводит к созданию напряжений, увеличивает плотность ячеистого бетона, его тепло- и звукопроводность, уменьшает морозостойкость.

В-третьих, использование в составе смеси суперпластификатора на основе натриевых солей продуктов конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида является нежелательным в связи с содержанием опасных для здоровья человека веществ: фенол, формальдегид, производные нафталина. Кроме того, добавка содержит сульфат натрия Na ₂SO₄, который является причиной появления стойких высолов на поверхности бетона и даже при малой его концентрации может способствовать возникновению сульфатной коррозии бетона.

Изобретение решает задачу удешевления способа получения сырьевой смеси для ячеистого бетона, повышение безопасности его изготовления, а также улучшение таких качественных характеристик, как прочность и морозостойкость, за счет уменьшения количества добавок, применения структурированной воды, активатора порообразования и предварительной обработки сухой смеси.

Для решения поставленной задачи в известном способе изготовления сырьевой смеси для ячеистого бетона, включающем приготовление сухой смеси из части компонентов, включая портландцемент, введение в полученную смесь комбинации алюмосиликатных микросфер и одно- или многослойных углеродных нанотрубок в соотношении 1:10 в качестве модифицирующей добавки, введение алюминиевой пудры в качестве поробразователя, перемешивание смеси в полном составе в механоактиваторе, предлагается сухую смесь готовить из портландцемента марки 500 ДО и кварцевого песка, который предварительно высушивают и измельчают до удельной поверхности не более 2400 см²/г с одновременным перемешиванием его с портландцементом в механоактиваторе, структурировать воду и вводить в нее модифицирующую добавку, добавлять в сухую смесь полученный водный раствор и перемешивать в течение не менее 5 мин. После чего предлагается добавлять алюминиевую пудру, каустическую соду и продолжать перемешивать еще в течение 3 мин. Компоненты предлагается вводить при следующем их соотношении, мас.%:

Портландцемент марки 500 ДО	20-75
Кварцевый песок	20-75
Указанная модифицирующая добавка	0,1-6,0
Алюминиевая пудра	0,007-0,5
Каустическая сода (на сухое вещество)	0,0005-0,005
Вода	остальное

При необходимости еще более повысить прочность ячеистого бетона можно в сырьевую смесь ввести полипропиленовую или металлическую фибру в количестве 0,003%.

Для улучшения прочностных свойств ячеистого бетона предлагается использовать портландцемент марки 500 ДО, а в качестве минерального наполнителя - кварцевый песок, который предлагается предварительно высушить и измельчать до удельной поверхности не более 2400 см²/г. Кроме того, в предлагаемом способе измельчение песка производят с одновременным перемешиванием его с портландцементом, что значительно улучшает однородность смеси и положительно сказывается на прочностных свойствах бетона. Важной особенностью способа является то, что кварцевый песок должен быть предварительно высушен, т.к. при использовании влажного песка нельзя произвести точное дозирование компонента, что отразится на качестве бетона.

Проведенные испытания показали четкую зависимость прочностных свойств бетона от величины удельной поверхности кварцевого песка. При использовании кварцевого песка с удельной поверхностью более 2400 см²/г при прочих равных условиях наблюдалось снижение показателя прочности ячеистого бетона.

Для повышения пористости бетона предлагается вводить в состав смеси каустическую соду, которая разрушает гидрофобную оболочку алюминия, и вследствие этого его порообразовательная активность повышается, что делает бетон более легким, не ухудшая его прочностные показатели. Проведенные испытания показали целесообразность введения каустической соды (на сухое вещество) в количестве 0,0005-0,005% в зависимости от количества вводимой в смесь алюминиевой пудры. При введении каустической соды пористость бетона повысилась в среднем на 10%.

В предлагаемом способе количество вводимой модифицированной добавки в виде комбинации алюмосиликатных микросфер и одно- или многослойных углеродных нанотрубок в соотношении 1:10 увеличено до 6,0%, как показали опыты, это положительно сказалось на прочности бетона, он стал менее гигроскопичен. Большее количество добавки вводить нецелесообразно - это приведет к увеличению себестоимости бетона, а также повышается вероятность образованию трещин.

Максимальное количество модифицирующей добавки предлагается вводить при максимальных значениях в смеси портландцемента. Опыты проводились с использованием указанной модифицирующей добавки, которую производит Томский государственный технический университет, под названием «Таунит».

Модифицирующую добавку предлагается вводить в структурированную воду. Для структурирования воды можно применить любые устройства, применяемые для этой цели, выпускаемые нашей промышленностью, например ядерно-магнитные резонаторы. Опытные испытания показали, что структурирование воды очень существенно сказывается на росте бетона во время вспенивания, что приводит, как показали расчеты, к удешевлению бетона на 10%.

Снижение себестоимости ячеистого бетона, произведенного по предлагаемому способу, произошло также за счет уменьшения количества применяемых добавок. В основе повышения качественных характеристик бетона лежит предлагаемый совместный вид обработки основных компонентов - кварцевого песка и портландцемента, выбранная последовательность введения добавок, а также отработанные режимы перемешивания. Кроме того, введение каустической соды в предлагаемом диапазоне увеличивает рост бетона, не снижая существенно его прочность.

Предлагаемый способ получения сырьевой смеси является безопасным, так как добавление порообразователя в виде алюминиевой пудры и каустической соды производят после введения водного раствора модифицированной добавки.

При необходимости более значительно повысить прочность ячеистого бетона при изготовлении, например, перекрытий, полов предлагается добавлять полипропиленовую или металлическую фибру в количестве 0,003%. В первом варианте прочность ячеистого бетона повышается примерно на 15%, во втором - на 20%.

Конкретные примеры осуществления способа по изготовлению сырьевой смеси для ячеистого бетона.

Осуществление способа показано на конкретных 5 вариантах.

Предварительно проводят высушивание кварцевого песка. Отмеренное количество сухого песка загружают в механоактиватор, добавляют отмеренное количество портландцемента 500 ДО и начинают перемешивание до получения однородной смеси с удельной поверхностью кварцевого песка заданной размерности, но не более 2400 см²/г. В зависимости от выбранного числа оборотов механоактиватора измельчение с одновременным перемешиванием осуществляется примерно за 5 минут. В это время производят структурирование отмеренного количества воды и растворяют в ней необходимое количество модифицирующей добавки. В готовую сухую смесь добавляют полученный раствор и перемешивают в течение не менее 5 мин. Эксперименты показали, что продолжительность перемешивания менее 5 минут является недостаточной. После чего добавляют алюминиевую пудру и каустическую соду и перемешивают в течение 3 минут. Это оптимальное время для того, чтобы добавки равномерно распределились в смеси и начали взаимодействовать.

При изготовлении сырьевой смеси были использованы компоненты в следующем количестве:

В приведенной ниже таблице 2 показана зависимость качественных показателей от количественного состава компонентов в смеси

Таблица 2
Варианты составов смеси	Класс по прочности на сжатие	Марка по морозостойкости	Влажностная усадка, мм/м	Теплопроводность в сухом состоянии, Вт/(м·°С)
1	В2; В2,5	F15-F20	0,5	0,14
2	В2,5	F15-F20	0,5	0,14
3	В3,5;	F20-F30	0,5	0,12
	В4,5
4	В5,5	F30-F35	0,5	0,12
5	В6,5	F35	0,5	0,12

Как видно из таблицы 2, улучшение таких качественных показателей ячеистого бетона, как прочность и морозостойкость, которые отражают его основные потребительские свойства, наблюдалось по возрастающей от 1-го варианта состава смеси к 5-му варианту. Влажностная усадка бетона не изменилась, теплопроводность улучшилась.

В таблице 3 отражено влияние количественного значения удельной поверхности кварцевого песка на показатели прочности ячеистого бетона.

Таблица 3
Состав смеси по варианту 3	Показатели качества
Кварцевый песок:	Класс по прочности на сжатие
Уд. поверхность 3000 см2/г	В2; В2,5	60%
Уд. поверхность 2400 см2/г	В2,5; В3,5	87%
Уд. поверхность 2000 см2/г	В3,5; В4,5	100%

Влияние показателей измельчения кварцевого песка на прочностную характеристику бетона объясняется неосаждаемостью смеси при вспенивании и образовании пор.

Как показали испытания, на опытных образцах произошло улучшение прочности бетона, изготовленного по предлагаемому способу, примерно на 50%, морозостойкости на 10% по сравнению с ячеистым бетоном, изготовленным на основе сухой смеси, описанной в ближайшем аналоге.

Расчет себестоимости 1 м ³ ячеистого бетона, полученного из сырьевой смеси, изготовленной по предлагаемому способу, показал, что он на 30% ниже, чем такое же количество бетона, приготовленное с использованием сухой смеси, приготовленной по способу, описанному в ближайшем аналоге. Снижение себестоимости обусловлено уменьшением количества добавок, применением структурированной воды и активатора для порообразователя.