СИЛИКАТНЫЙ ЯЧЕИСТЫЙ БЕТОН АВТОКЛАВНОГО ТВЕРДЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C04B38/02 

Изобретение относится к строительству, а именно к отрасли промышленности строительных материалов.

Силикатный ячеистый бетон является строительным материалом и может быть использован для строительства зданий и сооружений как теплоизоляционный, теплоизоляционно-конструктивный и конструкционный строительный материал. Кроме этого, предлагаемый новый материал может быть применен в качестве теплоизоляционного и звукопоглощающего материала. Силикатный ячеистый бетон как эффективный строительный материал может быть использован в жилищном строительстве, в особенности в малоэтажном индивидуальном, а также в сельскохозяйственном, промышленном и гражданском строительстве.

В настоящее время известно большое количество строительных материалов, применяемых в ограждающих конструкциях зданий и сооружений, как традиционных, так и новых. Это такие материалы как кирпич, бетона на легких искусственных и естественных заполнителях, ячеистые бетоны и другие. Наиболее универсальным строительным материалом является кирпич [1]
Однако, он имеет ряд существенных недостатком, таких как большая энергоемкость и длительность технологического цикла производства, относительно большая объемная масса до 1900 кг/м³, высокая теплопроводность. Конструкции из кирпича слабо поддаются механизации производства строительных работ и характеризуются значительной трудоемкостью. Бетоны на легких искусственных и естественных заполнителях имеют лучшие физико-механические свойства: меньшую объемную массу материала 900 1200 кг/м³, меньшую теплопроводность и соответственно меньшую толщину стен и массу конструкций всего здания [2] Позволяют изготавливать конструкции крупными элементами (панели) и механизировать строительный процесс. Однако, энергозатраты на производство искусственных легких заполнителей бетона достаточно велики, хотя и меньше чем на кирпич. Доставка же природных заполнителей к районам строительства как правило связана со значительными транспортными затратами и не всегда экономически оправдана. Кроме того, производство строительных конструкций из легких бетонок базируется на применении в качестве вяжущего в основном цемента -материала дорогого, дефицитного и экологически не совсем чистого.

Наиболее близким к изобретению является силикатный ячеистый бетон автоклавного твердения, полученный из смеси, содержащей известь-кипелку, кремнеземистый компонент, алюминиевую пудру и воду. Соотношение между кремнеземистым компонентом и известью находится в пределах 2,4 3,6 вода берется в количестве, обеспечивающем оптимальную текучесть. Количество алюминиевой пудры в смеси зависит от заданного объема ячеистобетонной смеси [3]
Сырьевая база производства автоклавных силикатных изделий для жилищно-гражданского и промышленного строительства значительно шире, чем для бетонных изделий. Знергозатраты на производство материала и возведение конструкций почти в 2 раза меньше, чем на производство материала и возведение стен из кирпича и керамзитобетонита, а удельный расход вяжущего (извести), на 1 м³ газосиликата на 25 30% меньше, чем расход цемента на производство 1 м³ газобетона на цементе [1] Огнестойкость газосиликата соответствует ГОСТу.

Однако, с уменьшением плотности газосиликата, то есть при улучшении его теплотехнических характеристик и уменьшении веса конструкций значительно уменьшается и марка материала по прочности на сжатие, что выводит его из категории конструкционного в теплоизоляционный материал, а это снижает эффективность применения его как стенового материала в строительстве. Кварцевый песок, как один из основных компонентов газосиликата, имеет промышленные запасы не во всех регионах и для некоторых регионов интенсивного строительства является дефицитным и дорогим сырьем из-за значительных транспортных расходов. Кроме того, кварцевый песок высокоабразивный материал. При его измельчении очень интенсивно изнашиваются рабочие органы помольного оборудования и требуется частое их восстановление.

Цель изобретения улучшение физико-механических свойств материала.

Поставленная цель согласно изобретению достигается тем, что при производстве газосиликата кварцевый песок заменяется новым кремнеземистым компонентом аргиллитом. Аргиллит это горная порода, имеющая следующий минералогический состав,
SiO₂ 51 61,86
Al₂O₃ 13,45 15,66
Fe₂O₃ 2 6
CaO 1,42 10,54
SO₃ 0,1 2
K₂O 2,2 2,5
Na₂O 0,6 0,8
MgO 0,1 2,8
Прочие 7,98 13,50.

Порода находится в тонкодисперсном спрессованном состоянии.

Объемная масса аргиллита 1,8 1,9 г/м³ (справочно кварцевый песок 2,65 2,7 г/см³). При изготовлении ячеистого бетона на аргиллите компоненты вводятся в следующем соотношении (по массе сухой смеси),
Известь кипелка 10 25
Аргиллит 75 90
Алюминиевая пудра 0,02 0,1.

Новым в изобретении является замена кварцевого песка, состоящего из диоксида кремния SiO₂ на аргиллит, содержащий оксиды кремния, алюминия, железа SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃. В процессе диспергирования компонентов материала в жидкой среде происходит механическое активирование индивидуальных реагентов и их смесей. При химическом взаимодействии извести-кипелки (CaO + MgO) с оксидами SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, содержащимися в аргиллите, образуются силикаты, алюминаты и ферриты кальция. При гидротермальной обработке материала и автоклаве под давлением насыщенного пара 0,8 1,2 МПа происходит гидратация минералов с образованием различных по составу и структуре кристаллов гидросиликатов, гидроалюминатов и гидроалюмоферритов кальция, их твердых растворов, комплексных соединений. Свободные CaO и MgO гидратируются с образованием Ca(OH)₂ и Mg(OH)₂. Таким образом, при замене кварцевого песка на аргиллит по технологии производства газосиликата синтезируется новое цементирующее вещество с новыми физико-механическими свойствами.

Существенным отличием нового материала является то, что при гидротермальной обработке смеси образуются гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроалюмоферриты кальция, что приближает материал по составу к цементу.

При конкретном изготовлении силикатного ячеистого бетона на аргиллите с введением извести меньше 10% и аргиллита больше 90% получается материал с уменьшенной плотностью и низкой прочностью, пригодный для применения только в качестве теплоизоляционной засыпки.

При введении извести больше 25% и аргиллита меньше 75% получается материал с увеличенной плотностью и увеличенным расходом вяжущего, что снижает экономическую эффективность его производства.

При конкретном изготовлении силикатного ячеистого бетона на аргиллите в предлагаемом составе компонентов,
Известь 10 25
Аргиллит 75 90
Алюминиевая пудра 0,02 0,1
получается материал соответствующий требованиям ГОСТ 25485-82 на автоклавные ячеистые бетоны. Новый материал имеет более высокие технические свойства по сравнению с газосиликатом и получен с минимальными затратами материальных, в первую очередь топливно-энергетических ресурсов. Снижение затрат на эксплуатационное поддержание помольного оборудования и замена произвольного кремнеземистого компонента песка на местное сырье аргиллита, значительно снижает себестоимость нового материала и повышает экономическую эффективность его применения в строительстве.

В качестве примера изготовления изобретения в лабораторных условиях выполнены образцы силикатного ячеистого бетона на кварцевом песке (газосиликат) и на аргиллите при одинаковом содержании вяжущего извести. Образцы изготовлены по стандартной технологии производства силикатного ячеистого бетона автоклавного твердения: совместный помол и смешивание компонентов в жидкой среде, добавление порообразователя, автоклавная обработка при давлении пара 0,8 МПа, в течение 12 ч. Сырье для образцов взято из следующих источников: кварцевый песок завозится в город из песчаных карьеров на Украине; известь кипелка из Каменского карьера Адлеровского района города Сочи, аргиллит из Ново-пластунского карьера города Сочи. Состав аргиллита Ново-Пластунского месторождения следующий, SiO₂ 61; Al₂O₃ 12,6; Fe₂O₃ 5; CaO 6,1; MgO 2; K₂O 2,4; NaO 0,5; SO₃ 0,5, п.п.п. 9,1.

Проба N 1 образцы на кварцевом песке состава, известь кипелка 10; песок кварцевый 90, алюминиевая пудра 0,1.

Проба N 2 образцы на аргиллите состава,
Известь кипелка 10
Аргиллита 90
Алюминиевая пудра 0,1.

Образцы на прочность испытаны в лаборатории.

Сравнение результатов испытания образцов не прочность показало, что при одинаковой марке по плотности марка образцов из аргиллита по прочности на сжатие в среднем на 70% выше, чем образцов на кварцевом песке.

Использование предлагаемого материала позволит уменьшить вес ограждающих конструкций зданий и сооружений, уменьшить транспортные расходы на перевозку строительного материала к месту строительства. Кроме того, замена привозного сырья, кварцевого песка на местное сырье аргиллит значительно уменьшит себестоимость материала. Уменьшение эксплуатационных расходов на поддержание помольного оборудования из-за меньшей абразивности аргиллита по сравнению с песком, также снизит себестоимость материала.

Силикатный ячеистый бетон автоклавного твердения на основе аргиллита относится к эффективным строительным материалам. Цель изобретения - улучшение физико-механических свойств материала и экономических показателей его производства. При производстве бесцементного ячеистого бетона автоклавного твердения в качестве кремнеземистого компонента, применен аргиллит при следующем содержании компонентов в ячеисто-бетонной смеси, %: известь - кипения 10 - 25; аргиллита 75 - 90; алюминиевая пудра сверх 100% извести и аргиллита и воды до оптимальной текучести смеси. С применением аргиллита в качестве кремнеземистого компонента синтезируется новое цементирующее вещество с новыми физико-механическими свойствами при минимальных затратах материальных, в первую очередь топливо-энергетических ресурсов. При одинаковой плотности марка материала по прочности увеличивается в среднем в 1,7 раза, улучшается водостойкость материала. Себестоимость материала уменьшается на 25 - 30%. Уменьшается вес конструкции здания и транспортные расходы по доставке материала на стройплощадку. Уменьшаются эксплуатационные расходы на восстановление рабочих органов помольного оборудования.

Силикатный ячеистый бетон автоклавного твердения, полученный из смеси, содержащей известь-кипелку, кремнеземистый компонент, алюминиевую пудру и воду, отличающийся тем, что в качестве кремнеземистого компонента используют аргиллит при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.

Известь-кипелка 10 25
Аргиллит 75 90
Алюминиевая пудра (сверх 100% извести и аргиллита) 0,02 0,1
Вода До оптимальной текучести смеси