СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕГКИХ БЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ С ОРГАНИЧЕСКИМ НАПОЛНИТЕЛЕМ Российский патент 2000 года по МПК C04B40/00 

Изобретение относится к строительной индустрии и химии, а именно к способам изготовления легких бетонных изделий и сооружений с органическим наполнителем, преимущественно древесным.

В настоящее время вопросы экономии материальных средств, соблюдения экологии при производстве и эксплуатации изделий и сооружений, повышение их качества и производительности являются важнейшей проблемой. При переходе на рыночные отношения особо важным критерием экономической оценки строительных материалов стала их характеристика по теплопроводности. Строительные сооружения и конструкции из кирпича становятся экономически сверхзатратными, толщина стен из кирпича для удовлетворения условий по теплопроводности достигает 1,8 метра в средней географической полосе России.

Одним из наиболее перспективных направлений в мире, отвечающих вышеуказанным требованиям, является производство строительных изделий и конструкций из легкого бетона, т. е. бетонных изделий с пористым наполнителем (объемный вес 1000-1700 кг/м³), в качестве которого могут быть использованы как минеральные, так и органические материалы.

Известна технология (Первовский А. Н. Арболит в строительстве.- М.: Московский рабочий, 1964, с. 39-48) производства дюризола, где в основе технологии заложена формовка изделий из смеси минерализированного измельченного органического наполнителя (в основном древесного происхождения), цемента, специального отвердителя и воды с последующей калибровкой и температурной выдержкой в течение 4-7 суток в поддоне до достижения транспортной прочности, а затем на складе до достижения конструкционной прочности (всего в сумме 28 суток).

Главным недостатком этого материала является длительный срок отвердевания до конструкционной прочности, установившейся для всех бетонных изделий - 28 суток, что приводит к низкой производительности технологии, особенно при возведении жилых зданий и сооружений.

Известна технология (Буткевич Г.А. Арболит.- М.: Изд-во литературы по строительству, 1969, с. 160-169) производства арболита, в основе которой так же, как и в дюризоле, заложена формовка изделия из смеси измельченного, увлажненного органического наполнителя с цементом, электролитом и водой с последующей температурной выдержкой на поддоне до транспортной прочности и на складе - до конструкционной. Данная технология к вышеуказанным недостаткам добавляет экологический - требуется большое количество пресной воды, которая в последующем опять-таки требует очистки при сбросе ее в общий водовод. Сама технология несколько проще первой.

Известен способ (RU N 95110545 A1, кл. C 04 B 40/00, 27.06.1997) производства элстара, выбранный в качестве прототипа.

Способ изготовления элстара заключается в следующем.

Так же как и при производстве арболита, производится измельчение органического наполнителя (преимущественного древесного).

Далее проводится операция замочки измельченного органического наполнителя в воде при нейтрализации смеси постоянным током, после чего удаляются излишки воды и производится смешивание увлажненного наполнителя с цементом, электролитом и водой.

После проведения смешивания проводят формовку изделия прессованием в специальной форме с электродами, а затем производится операция стабилизации путем пропускания через отформованное сырое изделие постоянного знакопеременного тока 60-100 А/м².

Недостатками данной технологии является большой разброс параметров изготовленных изделий, таких как прочность, звукоизоляция и др., вследствие наличия в подвергаемой электростабилизации смеси растворимых веществ (сахаров и др.), выделившихся из наполнителя и препятствующих переходу цементного зерна в вяжущее.

По той же причине замедляется твердение (старение) смеси, требуется более длительный процесс выдержки изделия до конструкционной прочности, что, в конечном счете, снижает производительность способа.

Кроме того, при использовании технологии элстар возникают проблемы однозначности режимов при смене видов органических наполнителей (совсем плохо идет процесс со смолистыми органическими наполнителями), а также требуется высокомарочный портландцемент (марки не ниже М-400), что существенно удорожает готовую продукцию.

Эти же недостатки приводят и к удлинению сроков строительства зданий и сооружений, особенно при возведении их методом скользящей опалубки.

Изобретательская задача, которую решали авторы изобретения - это разработка высокопроизводительной технологии изготовления легких бетонных изделий с органическим наполнителем, которая позволила бы сократить сроки возведения зданий и сооружений с одновременным повышением уровня стабильности их эксплуатационных характеристик в различных погодных условиях, а также расширить диапазоны марок связующих цементов и органических наполнителей.

Поставленная задача достигнута тем, что в способе изготовления бетонных изделий с органическим наполнителем, преимущественно древесным, включающем замачивание измельченного органического наполнителя в воде, последующее смешивание его с цементом, водой и электролитом, формовку изделия прессованием, электростабилизацию постоянным, знакопеременным током, выдержку изделия до конструкционной прочности, одновременно с замачиванием наполнителя производят нейтрализацию кислотных составляющих органических наполнителей, легко растворимых в воде, пропусканием через замоченный наполнитель озона.

При этом кислотные составляющие, являющиеся "ядом" для цементов, окисляются атомарным кислородом и озоном и выпадают в виде нерастворимых в воде компонентов, составляя нейтральный наполнитель бетонной смеси.

Кроме того, разработан варианта способа, когда электростабилизацию отформованного изделия осуществляют пропусканием через смесь знакопеременного постоянного тока плотностью 50-100 А/м² с его модуляцией импульсами тока 60-110 А.

Благодаря указанным способам в предложенной технологии достигается не только повышение производительности, повышение стабильности параметров изделий, но и решена проблема расширения диапазона наименований органических наполнителей до любых их природных видов.

Кроме того, такое выполнение технологии позволяет сократить сроки возведения зданий и сооружений (дома сельского типа площадью 130-200 м² - за один - двое суток) в различных погодных условиях.

Пример.

Предлагаемый способ изготовления легких бетонных изделий с органическим наполнителем заключается в следующем.

Производятся операции рубки и измельчения любого органического наполнителя до фракций игольчатого вида, длина которых составляет 5-40 мм, ширина 1-4 мм, толщина - не более 4 мм.

Мелкие частицы и пыль удаляются в отходы, которые составляют менее 0,5% от всего объема используемой органики.

Далее производится операция влагостабилизации (выравнивание влажности любых органических компонентов независимо от их срока и места хранения, а также воздействия природной влагой - до 160-167% влажности) органического наполнителя в воде с одновременной нейтрализацией его кислотной составляющей озоном путем интенсивного "продувания ванны" с водой и органикой озоном в течение 6-10 мин на 1 м³ при производительности озонатора 300 л/мин.

Операции проводятся, с одной стороны, чтобы выравнять влажность органических наполнителей до определенного уровня с целью получения однообразности и обеспечения возможности регулирования количества воды, добавляемой в последующем до необходимого количества для "схватывания" и гидратации цементов, с другой стороны, чтобы нейтрализовать растворимые в воде вещества (в основном сахаристые вещества, крахмал и т.п.), выделяющиеся из органических наполнителей при увлажнении, и этим самым существенно улучшить гидратацию цементного зерна при электростабилизации изделия.

После удаления излишков влаги проводится операция смешивания в течение 5-15 минут увлажненного наполнителя с цементом, электролитом и водой в следующих соотношениях из расчета на 1 м³ смеси:
Измельченный наполнитель - 400-600 кг
Цемент - 60-360 кг
Электролит (хлористый кальций или жидкое стекло) - 1,5-8 кг
Вода - 20-120 кг.

Последовательность операций смешивания: вначале в воду добавляется электролит и перемешивается 1 мин, потом добавляется органический наполнитель и опять перемешивается 1-2 мин, добавка цемента производится в последнюю очередь.

Следующая операция - формовка изделия. Данная операция для различных условий производства может производиться шестью методами:
- уплотнение трамбованием в вертикальных формах-кассетах, которое может производиться вручную или электротрамбовками с частотой вибрации не более 20 Гц;
- формование прессованием в вертикальной форме гидро- или электропрессом с удельным давлением до 5 кг/см², что позволяет получать изделия более прочными, чем трамбованием;
- формовка прессованием в горизонтальном положении;
- формовка методом силового проката;
- формовка методом "непрерывного литья";
- формовка методом "непрерывного литья" передвижной опалубкой непосредственно при возведении жилого или промышленного здания в монолите.

После формовки производится электростабилизация изделия в течение 15-50 минут постоянным знакопеременным током, модулированным короткими импульсами, плотностью 50-100 А/м² с перерывом между изменениями направления тока (полярности напряжения) в 0,5-3 минуты и пропусканием тока в одном направлении в течение 2-7 минут.

Так же, как и при производстве элстара, операция стабилизации проводится для ускорения сроков твердения бетона с органическими (и минеральными) наполнителями, что происходит за счет организации электролиза и электрофореза в массе отформованного изделия и разрушения водонепроницаемой пленки из веществ, препятствующей переходу массы цементного зерна в вяжущее.

В связи с ранее проведенной предварительной нейтрализацией химические реакции при процессе стабилизации протекают в более благоприятных условиях (кислотная составляющая в наполнителе нейтрализована и уже не воздействует на цементное зерно, которое совместно с водой образует щелочную составляющую), что уменьшает время твердения до транспортной прочности, повышает стабильность достижения прочностных характеристик, что особенно важно при возведении сооружений методом "непрерывной" скользящей опалубки.

После выемки изделия из формы (если изготавливаются штучные изделия) производится складирование изделия и его старение в течение 1 суток до достижения конструкционной прочности.

Операцию электростабилизации более целесообразно проводить с плотностью тока 50-100 А/м², промодулированными короткими импульсами 60-110 А, что позволяет использовать низкосортные марки цементов, а для высококачественных цементов сократить время ее проведения без ухудшения прочностных характеристик за счет уменьшения в смеси кислотной составляющей. При плотности тока ниже резко возрастает время электростабилизации, что нецелесообразно. Повышение тока выше верхнего предела нецелесообразно вследствие интенсивного электролиза воды, что снижает эффективность стабилизации и увеличивает энергозатраты. Диапазон модуляции выбран опытным путем и составляет 60-110 А.

Так, например, при производстве полов, несиловых перегородок, где прочность не имеет определяющего значения, а имеет значение звукоизоляционные свойства и гнилостные параметры изделия, необходимо выбирать максимальные величины компонентов наполнителя и электролита и минимальные величины параметров цемента, его марки.

В случае изготовления изделия с высокими требованиями по прочности, например, несущие конструкции, следует ориентироваться на высокие марки цемента и максимальные величины его содержания при минимальных значениях количества наполнителя, электролита.

В любом случае, соотношение цемента и воды должно быть 3/1.

При осуществлении технологии может использоваться следующее оборудование:
- при измельчении органического наполнителя - рубильные машины типа ДУ-2, РМ-1600, для разделения фракций - любой вибрационный грохот;
- для замочки измельченного наполнителя и нейтрализации кислотной составляющей смеси - обычная ванна с установленными снизу форсунками из диэлектрического материала для прокачки озона;
- озонатор производительностью до 300 л/мин;
- оборудование для осуществления генерации постоянного тока, переключения направления тока, регулировки напряжения и тока включает генератор постоянного тока, стабилизатор постоянного тока большой мощности (100-200 кВт) и автоматическое устройство для поддержания временных интервалов, задаваемых технологическим процессом;
- дозирование компонентов в производственных условиях может осуществляться любыми типами дозаторов, например, ДЦ-424, АВДЦ-424 для цемента, АВДИ-425, АВДИ-1200 - для наполнителя, АВДЖ-425 - для воды;
- смешивание формовочной смеси может производиться в любой бетономешалке, например, С355, С356 (преимущество следует за шнековыми смесителями);
- формовка, прессование производятся в форме прессами для вертикальных форм УГП-00, для горизонтальных форм - РНС-2;
- для возведения зданий и сооружений методом "непрерывного литья" в передвижную опалубку можно использовать конструкции легких опалубок с токопроводящей образующей авторских разработок.

Благодаря проведению операции нейтрализации при увлажнении органического наполнителя вредные вещества в смеси, такие как сахар, дубильные вещества, крахмал, смолистые вещества и т. п. , полностью нейтрализуются атомарным кислородом и озоном до нейтральной составляющей, что делает процесс электростабилизации надежным, не зависящим от состава органических наполнителей.

Уменьшение времени перехода цементного зерна в вяжущее приводит к ускорению процесса старения и существенному повышению производительности способа.

Более того, такое выполнение способа позволяет реализовывать его при широком диапазоне наружных температур и погодных условий.

Кроме того, существенное снижение вышеуказанных составляющих позволяет получить стабильные характеристики изделия, такие как прочность, звукоизоляция, влаго- и термозащиту, что позволяет организовать массовое производство изделий с однозначными параметрами.

Применение предлагаемой технологии при изготовлении изделий из бетона с органическим наполнителем дает возможность повысить производительность в 2-3 раза, расширить номенклатуру используемых наполнителей (до любых растений), восстанавливаемых природой, например, если древовидные, то восстановление возможно через 15-50 лет, камышовые - каждый год и т.д.), расширить диапазон огнестойкости, устойчивости перед гнилостными грибками и бактериологическим воздействием и т.п.

Изобретение относится к области строительной индустрии, а именно к способам изготовления бетонных изделий и сооружений с органическими наполнителями, которые в настоящее время являются одним из перспективных направлений в строительстве, особенно жилищном. В способе изготовления легких бетонных изделий с органическим наполнителем, преимущественно древесным, включающем замачивание измельченного органического наполнителя в воде, смешивание его с цементом, водой и электролитом, формовку изделия прессованием в формы или передвижную опалубку, электростабилизацию знакопеременным током, выдержку изделия до конструкционной прочности, одновременно с замачиванием производят нейтрализацию смеси озоном. Решаемая техническая задача: повышение производительности при изготовлении изделий, зданий и сооружений, стабилизация характеристик (прочность, звукоизоляцию, тепло- и пожароустойчивость, противогнилостные свойства) при расширении диапазонов используемого наполнителя, погодных условий, географической зоны строительства. 2 з.п.ф-лы.

1. Способ изготовления легких бетонных изделий с органическим наполнителем, преимущественно древесным, включающий замачивание измельченного органического наполнителя в воде, последующее смешивание его с цементом, электролитом и водой, формовку изделия, электростабилизацию постоянным знакопеременным током, выдержку изделия до конструкционной прочности, отличающийся тем, что одновременно с замачиванием наполнителя производят нейтрализацию его кислотных составляющих компонентов озоном. 2. Способ изготовления бетонных изделий с органическим наполнителем по п. 1, отличающийся тем, что нейтрализацию кислотных составляющих наполнителя производят при интенсивности прокачки озона через замоченный наполнитель 300 л/мин на 1 м³ в течение 6-10 мин. 3. Способ изготовления бетонных изделий с органическим наполнителем по п.1, отличающийся тем, что электростабилизацию отформованного изделия осуществляют пропусканием знакопеременного постоянного тока плотностью 50-100 А/м², промодулированным короткими импульсами тока в 60-110 А.