СМЕСЬ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ОСОБО ПРОЧНЫХ КРУПНОГАБАРИТНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2004 года по МПК C04B28/26 C04B111/20 

`Изобретение относится к производству строительных материалов для особо прочных, тяжелонагруженных крупногабаритных изделий и может быть использовано при изготовлении несущих строительных конструкций, армированных обычной (некислотостойкой) сталью и предназначенных для строительства сборных производственных зданий и сооружений с химически агрессивными эксплуатационными средами без противокоррозийной защиты, а также при изготовлении декоративно-облицовочных изделий для устройства долговечной наружной облицовки зданий в загазованной атмосфере современных индустриальных городов, дорожных покрытий, плит пола и т.п. взамен изделий из природного камня типа гранита, яшмы, кварцевого песчаника, кварцевой брекчии и др.

Известна сырьевая смесь для приготовления химически стойкого кремнебетона автоклавного твердения, включающая химически стойкое вяжущее из 30-80 мас.% тонкоизмельченного кварцевого песка с удельной поверхностью 1000-5000 см²/г и 20-70 мас.% по меньшей мере одной из активных кристаллических модификаций кремнезема в виде зерен размером до 1,25 мм, выбранной из группы, состоящей из тридимита и кристобалита и содержащей 0,5-6 мол.% оксидов натрия и/или калия, инертные заполнители и воду в качестве жидкости затворения для перекристаллизации тридимита и/или кристобалита в кварцевые цементирующие новообразования и твердения сырьевой смеси в процессе автоклавной обработки отформованных из нее изделий и конструкций [патент США №4234347, 1980].

При этом оптимальное содержание ингредиентов крупнозернистой (с крупным заполнителем) кремнебетонной смеси умеренной жесткости для изготовления изделий и конструкций по обычной технологии виброформования рекомендуется следующим, мас.%:

Тридимит и кристобалит (ТК вяжущее) 13,8

Молотый кварцевый песок 11,3

Мелкий заполнитель (рядовой кварцевый песок) 14,6

Щебень кварцевый фракции 5-20 мм 55,1

Вода 5,2

[Коррозия бетона и повышение долговечности железобетонных конструкций. Сборник. - Ростов: Ростовский Университет, 1985, с.42-46].

Однако для полного растворения активных кристаллических модификаций кремнезема с их кристаллизацией в кварц и завершения процесса твердения химически стойкого кремнебетона с использованием кварцевого песка, имеющего удельную поверхность 5000 см²/г при минимальном содержании Na₂O в составе кристобалита 0,5 мол.% и исходном размере его зерен 0,315-0,63 мм требуется 72 ч автоклавной обработки под давлением насыщенного водяного пара 1,2 МПа, а с максимальным содержанием 6 мол.% Nа₂О в смеси кристобалита и тридимита с крупностью зерен до 1,25 мм - 32 ч [патент США №4234347, 1980].

Также известна сырьевая смесь для приготовления химически стойкого кремнебетона автоклавного твердения, включающая вяжущее с размером зерен до 1,25 мм из кристаллических модификаций кремнезема тридимит-кристобалитового состава, содержащих оксид щелочного металла и молотого песка, заполнитель и жидкость затворения. Она содержит указанные кристаллические модификации кремнезема с 0,1-2,0 мол.% оксида щелочного металла и жидкость затворения в виде водного раствора соединения щелочных металлов, например гидроксида натрия 5-15%-ной концентрации (в перерасчете на гидроксид щелочного металла) при обычном вибрационном способе формования изделий и конструкций. Смесь содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Указанные кристаллические модификации 14,3

Указанный молотый кварцевый песок 15,6

Рядовой кварцевый песок 12,6

Щебень 51,7

Указанный водный раствор гидроксида натрия 5,8

Кроме того, при обычном вибрационном способе формования изделий и конструкций смесь содержит указанные компоненты при следующем их соотношении, мас.%:

Указанные кристаллические модификации кремнезема 24,8

Указанный молотый кварцевый песок 28,4

Рядовой кварцевый песок 35,7

Указанный водный раствор гидроксида натрия 11,1

[патент RU №2074144, 1997].

Недостатком данного технического решения являются низкие прочностные характеристики, не позволяющие изготавливать из указанной смеси крупногабаритные и тяжелонагруженные изделия.

Целью данного технического решения является повышение прочностных характеристик крупногабаритных и тяжелонагруженных изделий.

Поставленная задача достигается тем, что смесь для приготовления особопрочных крупногабаритных строительных изделий автоклавного твердения по варианту I содержит вяжущее с размером зерен до 1,25 мм из кристаллических модификаций кремнезема тридимит-кристобалитового состава с 0,1-2,0 мол.% оксида щелочного металла и молотого кварцевого песка, заполнитель - рядовой кварцевый песок и жидкость затворения в виде водного раствора соединения щелочных металлов - гидроксида натрия 5-15% концентрации в перерасчете на гидроксид щелочного металла, при этом смесь дополнительно содержит термообработанное минеральное волокно с диаметром нити 0,2-0,5 мм и ее длиной 50-150 мм при следующем содержании компонентов, мас.ч.:

Вяжущее:

Тридимит-кристобалит 24,8

Песок кварцевый молотый 28,4

Заполнитель:

Песок рядовой кварцевый 17,7-25,7

Жидкость затворения:

Водный раствор гидроксида натрия 11,1

Термообработанное минеральное волокно 10-18

Смесь для приготовления особопрочных крупногабаритных строительных изделий автоклавного твердения по варианту II содержит вяжущее с размером зерен до 1,25 мм из кристаллических модификаций кремнезема тридимит-кристобалитового состава с 0,1-2,0 мол.% оксида щелочного металла и молотого кварцевого песка, заполнитель - смесь песка рядового кварцевого и щебня кварцевого фракции 5-20 мм и жидкость затворения в виде водного раствора соединения щелочных металлов - гидроксида натрия 5-15% концентрации в перерасчете на гидроксид щелочного металла, при этом смесь дополнительно содержит термообработанное минеральное волокно с диаметром нити 0,2-1,0 мм и ее длиной 50-100 мм при следующем содержании компонентов смеси, мас.ч.:

Вяжущее:

Тридимит-кристобалит 14,3

Песок кварцевый молотый 15,6

Заполнитель:

Песок рядовой кварцевый 12,6

Щебень кварцевый 33,7-41,7

Жидкость затворения:

Водный раствор гидроксида натрия 5,8

Термообработанное минеральное волокно 10-18

Введение в состав смеси термообработанных минеральных волокон позволяет достичь одинаковых физико-химических свойств вводимого волокна с компонентами смеси, а именно по адгезии и коэффициенту линейного расширения. Происходит выравнивание прочностных характеристик по осям координат при одновременном их повышении. При этом прочностные характеристики изделий из заявленной смеси существенно зависят от размеров термообработанного минерального волокна: диаметра и длины, а также от его количества. При заявленных размерах волокна и его количестве прочностные характеристики максимальны в обоих вариантах смеси. При изменении размерных характеристик термообработанного минерального волокна и его количества при выходе за заявленный диапазон, указанный в формуле, практически устраняется влияние введения термообработанного минерального волокна в массе. Экспериментальные данные, подтверждающие вышеуказанные доводы, приведены в таблице. (Исключается коррозия самого изделия и арматуры). В качестве минеральных волокон могут быть использованы базальтовые, диабазовые, габбровые, силикатные.

Существо предложенного технического решения поясняется примерами конкретного выполнения и таблицей.

Вариант I.

Пример по п.1 формулы.

Берут тридимит-кристобалитовое вяжущее с содержанием 0,1-0,2 мол.% Na₂O в зернах естественной гранулометрии после обжига природного кварцевого песка во вращающейся печи и смешивают его с кварцевым песком молотым до удельной поверхности 4800 см²/г, рядовым кварцевым песком в качестве заполнителя и добавляют армирующее термообработанное минеральное волокно с диаметром нити 0,2-0,5 мм при его длине 50-150 мм при указанном в п.1 формулы содержании компонентов смеси.

Полученную сухую сырьевую смесь затворяют водным раствором едкого натрия с концентрацией 5-15% и после окончательного перемешивания из свежеприготовленной смеси формуют образцы - кубы 7×7×7 см на лабораторной виброплощадке, которые загружают с формами в автоклав и подвергают автоклавной обработке под давлением насыщенного водяного пара 1,2 МПа в течение 16 ч.

После гидротермальной обработки охлажденные до комнатной температуры образцы извлекают из форм, высушивают при 105-110°С и подвергают испытаниям на прочность в сухом и водонасыщенном состоянии по методике (ГОСТ 12730-78).

Варианты смесей приведены в таблице 1. Примеры с 1 по 5 выполнены согласно варианту I.

Примеры 1-3. Свойства материала приведены при минимальном, среднем и максимальном значениях заявленных существенных признаков.

Пример 4. Свойства материала приведены при выходе за минимальные значения заявленных признаков.

Пример 5. Свойства материала приведены при выходе за максимальные значения заявленных признаков.

Вариант II.

Пример по п.2 формулы.

Берут кристобалит-тридимитовое вяжущее с содержанием 0,1-2,0 мол.% Na₂O в зернах естественной гранулометрии после обжига природного кварцевого песка во вращающейся печи и смешивают его с кварцевым песком, молотым до удельной поверхности 4800 см³/г, рядовым кварцевым песком в качестве мелкого заполнителя и кварцитовым щебнем фракции 5-20 мм в качестве крупного заполнителя, затем добавляют армирующее термообработанное минеральное волокно с диаметром нити 0,2-1 мм при его длине 50-100 мм, при указанном в п.2 формулы компонентов смеси.

Полученную сухую сырьевую смесь затворяют водным раствором едкого натрия с концентрацией 5-15 мас.% и после окончательного перемешивания из свежеприготовленной смеси формуют образцы - кубы 7×7×7 см на лабораторной виброплощадке, которые загружают с формами в автоклав и подвергают автоклавной обработке под давлением насыщенного водяного пара 1,2 МПа в течение 16 ч.

После гидротермальной обработки охлажденные до комнатной температуры образцы извлекают из форм, высушивают при 105-110°С и подвергают испытаниям на прочность в сухом и водонасыщенном состоянии по методике (ГОСТ 12730-78).

Варианты смеси, приведенные в таблице. Примеры с 6 по 10 выполнены согласно варианту II.

Примеры 6-8. Свойства материала приведены при минимальном, среднем и максимальном значениях заявленных существенных признаков.

Пример 9. Свойства материала приведены при выходе за минимальные значения заявленных признаков.

Пример 10. Свойства материала приведены при выходе за максимальные значения заявленных признаков.

Как следует из таблицы, только при заявленном диапазоне существенных признаков материал обладает повышенными по отношению к прототипу прочностными характеристиками. Это позволяет получать из заявленной смеси крупногабаритные тяжелонагруженные конструкции, например шпалы железнодорожных путей.

Изобретение относится к производству строительных материалов для особо прочных, тяжелонагруженных крупногабаритных изделий и может быть использовано при изготовлении несущих строительных конструкций, армированных обычной некислотостойкой сталью и предназначенных для строительства сборных производственных зданий и сооружений с химически агрессивными эксплуатационными средами без противокоррозийной защиты, а также при изготовлении декоративно-облицовочных изделий для устройства долговечной наружной облицовки зданий в загазованной атмосфере современных индустриальных городов, дорожных покрытий, плит пола и т.п. взамен изделий из природного камня типа гранита, яшмы, кварцевого песчаника, кварцевой брекчии и др. Техническим результатом является повышение прочностных характеристик крупногабаритных и тяжелонагруженных изделий. Смесь для приготовления особопрочных крупногабаритных строительных изделий автоклавного твердения по варианту I содержит мас.ч.: вяжущее с размером зерен до 1,25 мм из кристаллических модификаций кремнезема тридимит-кристобалитового состава с 0,1-2,0 мол.% оксида щелочного металла – тридимит-кристобалита 24,8 и молотого кварцевого песка 28,4, заполнитель - рядовой кварцевый песок 17,7-25,7, жидкость затворения - водный раствор соединения щелочных металлов - гидроксида натрия 5-15% концентрации в перерасчете на гидроксид щелочного металла 11,1, и дополнительно термообработанное минеральное волокно с диаметром нити 0,2-0,5 мм и ее длиной 50-150 мм 10-18. Смесь для приготовления особопрочных крупногабаритных строительных изделий автоклавного твердения по варианту II содержит, мас.ч.: вяжущее с размером зерен до 1,25 мм из кристаллических модификаций кремнезема тридимит-кристобалитового состава с 0,1-2,0 мол.% оксида щелочного металла - тридимит-кристобалита 14,3 и молотого кварцевого песка 15,6, заполнитель - смесь песка рядового кварцевого 12,6 и щебня кварцевого фракции 5-20 мм 33,7-41,7, жидкость затворения - водный раствор соединения щелочных металлов - гидроксида натрия 5-15% концентрации в перерасчете на гидроксид щелочного металла 5,8, и дополнительно содержит термообработанное минеральное волокно с диаметром нити 0,2-1,0 мм и ее длиной 50-100 мм 10-18. 2 с.п.ф-лы, 1 табл.

1. Смесь для приготовления особопрочных крупногабаритных строительных изделий автоклавного твердения, включающая вяжущее с размером зерен до 1,25 мм из кристаллических модификаций кремнезема тридимит-кристобалитового состава с 0,1-2,0 мол.% оксида щелочного металла и молотого кварцевого песка, заполнитель - рядовой кварцевый песок и жидкость затворения в виде водного раствора соединения щелочных металлов - гидроксида натрия 5-15%-ной концентрации в перерасчете на гидроксид щелочного металла, при этом смесь содержит термообработанное минеральное волокно с диаметром нити 0,2-0,5 мм и ее длиной 50-150 мм при следующем содержании компонентов в смеси, мас.ч.:

вяжущее:

Тридимит-кристобалит 24,8

Песок кварцевый молотый 28,4

заполнитель:

Песок рядовой кварцевый 17,7-25,7

жидкость затворения:

Водный раствор гидроксида натрия 11,1

Термообработанное минеральное волокно 10-18

вяжущее:

Тридимит-кристобалит 14,3

Песок кварцевый молотый 15,6

заполнитель:

Песок рядовой кварцевый 12,6

Щебень кварцевый 33,7-41,7

жидкость затворения:

Водный раствор гидроксида натрия 5,8

Термообработанное минеральное волокно 10-18