СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЯ ИЗ БЕТОННОЙ СМЕСИ Российский патент 2005 года по МПК B28B1/04 C04B40/00 

Изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано при изготовлении изделий малых архитектурных форм, таких как бортовые камни, используемые для ограждений, полисадов, газонов, цветников, дорог и других декоративных обрамлений; камней для мощения, для оформления ландшафта; накрывных камней и других изделий, используемых в ландшафтном дизайне.

Для изготовления изделий, используемых в ландшафтном оформлении в комплексном благоустройстве современного градостроительства, используют цветной архитектурный бетон с высокими показателями по основным физико-механическим свойствам при эксплуатации (прочность, водопоглощение, морозостойкость), соответствующим ГОСТам и ТУ.

Изделия для комплексного благоустройства в процессе эксплуатации подвергаются атмосферным осадкам, переменной температуры и влажности воздуха, газов и пыли различного состава, имеет место и неправильная эксплуатация, что приводит к поверхностным повреждениям и высолам. Поэтому для изготовления изделий предъявляют определенные требования к исходным компонентам и к режимам изготовления изделий.

Известна бетонная смесь (авт. свид. СССР № 506585, С 04 В 28/00, приоритет 25.06.73 г.), включающая крупный шарообразный заполнитель, цемент, воду. В качестве крупного заполнителя содержит плотный керамический заполнитель одного диаметра, причем модуль упругости заполнителя равен модулю упругости цементного камня (диаметр 15 или 30 мм) О-образной формы, что способствует равномерной передаче нагрузки на цементный раствор бетона. Достигаемая цель: повышение прочности и морозостойкости. Однако эта смесь имеет невысокую пластичность и, как следствие, трудности при изготовлении изделий с ровной поверхностью. Известен состав для изготовления декоративно-отделочных изделий (патент РФ № 2166486, С 04 В 28/04, приоритет от 14.09.99 г.), согласно которому для изготовления декоративных мелкоштучных изделий, используемых в строительстве для отделки интерьера, полов, фасадов зданий и сооружений, используют следующий состав смеси: портландцемент 10-30% (ГОСТ 1581-91); цветной цемент 5-10% (ГОСТ 15825-80); тонкодисперсный минеральный порошок 2,8-5,0% (кирпичный помол или пигмент ГОСТ 18958-73); минеральный заполнитель 62-73,5% (песок или щебень); водопоглощающая добавка 0,2-1,5% (суперпластификаторы С-3, ТУ-6-14-625-80 или ФОК). К недостаткам следует отнести - ограниченные возможности.

Известен способ приготовления декоративных и облицовочных строительных изделий (патент РФ № 2114084, С 04 В 28/02, приоритет 27.06.98 г.), включающий приготовление декоративно отделочной смеси, нанесение приготовленной смеси на гладкую форму, укладку на нее изделия и твердение. При этом приготовление декоративно отделочной смеси осуществляют путем смешивания цемента, песка в соотношении 1:1-1:3 соответственно цемента и песка, при этом используют песок следующих фракций, мас.% 2-4 мм 55-70; 0,3-1,2 мм 25-30; 0,03-0,1 мм 20-25. Вводят песок при перемешивании последовательно: сначала фракцию 0,03-0,1, затем 2-4 и затем 0,3-1,2, одновременно, при введении песка фракции 2-4 мм, вводят пигмент, воду и суперпластификатор, после чего приготовленную смесь толщиной слоя 5-50 мм заливают на гладкую форму и на слой уложенной смеси укладывают изделие, твердение осуществляют в течение 24-48 часов при 20-23°С. Предлагаемый способ может быть использован в ограниченных возможностях и наличие пористости.

Известен способ изготовления бетонных изделий (авт. свид. СССР № 1588735, С 04 В 40/02, приоритет 02.01.84 г.), включающий укладку бетонной смеси в форму, уплотнение ее и последующее повторное периодическое вибровоздействие с одновременным измерением электрического параметра твердеющей смеси. Причем каждый период вибровоздействия начинают при максимальном его значении и заканчивают при минимальном, а периодическое воздействие прекращают при достижении постоянного значения электрического потенциала. Способ применим при изготовлении крупногабаритных изделий.

Известна бетонная смесь “Бетосил-С сорбирующий” (патент РФ № 2117647, С 04 В 28/00, приоритет от 30.08.96 г.), которая относится к бетонам, защищающим от ионизирующих излучений и бетонам-консерваторам, применяемым при отверждении радиоактивных отходов. Техническими результатами являются повышение радиационной стойкости бетона, снижение проницаемости, увеличение плотности, прочности и долговечности при сохранении высокой подвижности смеси, в сочетании со способностью к сорбции долговяжущих изотопов. Бетонная смесь содержит, мас.%: портландцемент 36-40, модифицированную добавку - аморфный микрокремнезем 6,8-8, заполнитель - шунгизит 36-40, наполнитель - цеолит 3-6, воду - 11-13, суперпластификатор 0,8-1,0. Бетонная смесь обеспечивает получение материала с прочностью в 28-суточном возрасте не ниже 65 МПа, водонепроницаемостью не ниже W-12, имеющего коэффициент воздухопроницаемости в пределах (3,5-4)·10^-10 м/с, морозостойкость свыше F-300, хорошо сорбирующего и удерживающего изотопы Sr-90, Cs-137, Pu-239, Am-241.

Присутствие в смеси аморфного микрокремнезема в указанном количестве позволяет связать в малорастворимые соединения долгоживущие изотопы. Частицы аморфного микрокремнезема, обладая высокой удельной поверхностью (24 м²/г) и хорошей растворимостью, реагируют в поровом пространстве с гидроокисью кальция, связывая последнюю в труднорастворимый низкоосновной гидросиликат. Благодаря этому в структуре бетона возникает система тончайших микропор, проницаемых для газов, но практически непроницаемых для жидкостей. Такая бетонная смесь имеет ограничение в применении, а способ ее получения относится к традиционным способам.

Известны бетонная смесь, способ получения бетонных изделий из бетонной смеси и технологическая линия для их изготовления (патент РФ № 2103234, С 04 В 28/00, приоритет от 26.12.95 г.), согласно которым бетонная смесь содержит портландцемент, песок с модулем крупности не менее 2 мм, наполнитель в виде щебня, краситель и поверхностно-активную добавку, соотношение компонентов составляет, мас.%: портландцемент 15-23; песок 20-30; наполнитель 47-48; краситель 0,7-1,1; поверхностно-активная добавка 0,04-0,06; вода остальное, при этом размер щебня соответствует 3-10 мм. В качестве поверхностно-активной добавки берут гидрофобизирующую жидкость на основе кремний-органических соединений, а в качестве красителей берут редоксаид, сурик железный, железноокисный пигмент, окись хрома и фталоциановый пигмент или руду марганцевую. Способ для получения бетонной смеси включает укладку бетонной смеси в пластмассовые формы, виброуплотнение смеси, выдержку отформированных изделий в формах до набора распалубочной прочности и их распалубку, согласно изобретению укладку бетонной смеси производят в формах, обработанных антистатиком, виброуплотнение смеси производят в формах в процессе поэтапного заполнения, а перед распалубкой изделий осуществляют нагрев форм до температуры отделения последних от изделий. Кроме того, в технологической линии для изготовления бетонных изделий, содержащей последовательно установленные и технологически связанные бетономешалку, формовочный пост выдержки отформованных изделий и распалубочную установку, соединенную по выходу отработанных форм. Между постом выдержки и распалубочной установкой введена установка, а пост подготовки форм содержит установку антистатической их обработки в виде двух ванн: для раствора антистатика и промывочной воды.

Согласно этому изобретению к недостаткам следует отнести недостаточно высокую плотность изделий и трудность изготовления изделий с фигурными поверхностями.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является способ изготовления изделий из бетонной смеси (патент РФ № 2147017, С 04 В 28/00, 27.03.2000). Согласно этому способу для изготовления элементов дорожного мощения, облицовочных материалов для жилищного строительства, садово-парковой культуры, памятников и художественных изделий используют бетонную смесь, которая содержит: в качестве вяжущего вещества смесь совместного помола портландцемента, пластификатора и кремнеземистых добавок с удельной поверхностью вяжущего вещества 5-7 м²/г, в качестве кремнеземистых добавок используют кварцевые пески со следами соединений циркония, при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемента 99,45-97,85; суперпластификатор С-3 0,5-2; кварцевые пески со следами соединений циркония 0,05-0,15; а соотношение компонентов бетонной смеси следующее, мас.%: вяжущее вещество 20-22; щебень 46-48; песок 27-28; суперпластификатор С-3 0,04; вода остальное и пигменты органического и неорганического происхождения. Способ изготовления изделий из бетонной смеси включает приготовление бетонной смеси перемешиванием цемента, песка, пигмента органического или неорганического происхождения, суперпластификатора С-3 и воды, с последующей укладкой ее в форму с рельефным вкладышем, размещение формы на формовочной плите и уплотнение с помощью вибрации в течение 90-120 с, после чего бетонную смесь выдерживают в формах. Недостатком такого технического решения является ограничение возможностей при эксплуатации изготовленных изделий.

Техническим результатом, достигаемым при реализации предложенного изобретения, является устранение указанных выше недостатков и изготовление изделий из бетонной смеси, обладающих высокой прочностью, долговечностью, морозостойкостью, повышенной химической стойкостью, водонепроницаемостью, что понижает возникновение высолов, а также экономия цемента за счет замены оптимального его количества микрокремнеземом.В способе изготовления изделия из бетонной смеси, включающем приготовление бетонной смеси перемешиванием цемента, песка, пигмента органического или неорганического происхождения, суперпластификатора С-3 и воды с последующей укладкой бетонной смеси в форму с рельефным вкладышем, размещение формы на формовочной плите, уплотнение с помощью вибрации, используют песок с модулем крупности Мкр - 2,4-3,2, в бетонную смесь дополнительно вводят микрокремнезем, а компоненты берут при следующем соотношении, мас.%: цемент - 19,5 - 22,0, указанный песок - 69,0 - 69,2, указанный пигмент 0,7 - 1,0, суперпластификатор С-3 0,1 - 0,21, микрокремнезем 1,0 - 3,4, вода - остальное, причем перемешивают сначала указанный песок и указанный пигмент в течение 45-50 сек, затем к этой смеси добавляют цемент и микрокремнезем, снова перемешивают в течение 60-70 сек, после чего добавляют воду с суперпластификатором С-3 и перемешивают в течение 120-180 сек, а уплотнение с помощью вибрации осуществляют в течение 1-2 сек, с последующим одновременным уплотнением с помощью вибрации и давления 10-15 атм в течение 6-15 сек, после этого свежеотформованное изделие помещают в камеру термовлажной обработки с температурой 17-23⁰С и относительной влажностью 90-100% и выдерживают 15-20 часов, причем форму, возможно, выполняют из стали, а фигурные вкладыши выполняют из полиуретана.

Использование микрокремнезема в бетонной смеси позитивно влияет на свойства изделий, изготавливаемых из предлагаемой бетонной смеси, улучшая их качественные характеристики: прочность, морозостойкость, проницаемость, химическую стойкость, сульфатостойкость, износостойкость, что в результате повышает эксплуатационные характеристики.

Микрокремнезем представляет собой очень мелкие шарообразные частички аморфного кремнезема со средней удельной поверхностью около 20 м²/г, удельная поверхность по воздухопроницаемости составляет 10-25 тыс. см²/г, что в 3-10 раз превышает аналогичный показатель для цемента, плотность в естественном состоянии примерно 2,2 г/см³.

Микрокремнезем наиболее интенсивно связывает СаО из раствора, вступая в химическую реакцию с гидроокисью, по сравнению с другими добавками. Мелкий гранулометрический состав и значительная удельная поверхность зерен микрокремнезема обуславливают высокие пуццолановые свойства и позитивное влияние на свойства бетона. Силикатный гель, образующийся в начальный период гидратации, в дальнейшем переходит в различные морфологические типы CSH, что и является фактором повышения прочности бетонов с микрокремнеземом.

Связывая свободную известь и уплотняя цементный раствор микрокремнезем способствует повышению его коррозийной стойкости, а добавка еще и суперпластификатора С-3 повышает прочность бетона на 30-35%, водонепроницаемость на 25-50%, а сульфатостойкость на 90-100%, уменьшает высолы.

Таким образом, применение микрокремнезема способствует получению более плотных, прочных и долговечных изделий из бетонной смеси. Использование микрокремнезема менее 0,1 вес.% незначительно меняет качественные характеристики бетона, а использование микрокремнезема 3,4 вес.% в составе цемент-микрокремнезем является достаточным для достижения качественных характеристик изделий при эксплуатации в различных атмосферных условиях. Подвижность и удобоукладываемость бетонной смеси зависит от дозировки микрокремнезема. Использование суперпластификатора С-3 в пределах 0,1-0,21 вес.% позволяет сохранять водопотребность цемента с микрокремнеземом на уровне цемента, т.е. не увеличивает нормальную густоту массы, и увеличить за счет этого прочность изделий. При этом уменьшает образование высолов. Использование суперпластификатора С-3 более 0,21 вес.% не приводит к качественному изменению смеси, но неоправданно удорожает смесь. Использование пигмента органического и неорганического происхождения в пределах 1,0-0,7% вес является необходимым и достаточным для получения ярких и сочных тонов изготовляемых изделий.

Параметры вибропрессования и последовательность приемов установлены экспериментально и являются необходимыми в совокупности с используемыми компонентами для изготовления изделий из бетонной смеси с высокими качественными характеристиками.

Пример конкретного выполнения.

Для формования тротуарных изделий берут кварцевый песок с модулем крупности М_кр 2,4-3,2 в количестве 1650 кг (69 вес.%) и пигмент в виде порошка фирмы “Байер” 1 вес.% в количестве 27 кг, загружают в бетоносмеситель принудительного действия и перемешивают в течение 45 сек, затем добавляют к этой смеси цемент марки ПЦ400 в количестве 523 кг (22 вес.%) и микрокремнезем в количестве 27 кг (1 вес.%) и перемешивают в течение 60 сек. Затем добавляют воду в количестве 165 кг (6,9 вес.%) и перемешивают общую массу 120 сек. Для предотвращения образования высолов на лицевых поверхностях бетонных изделий предварительно в воду добавляют суперпластификатор С-3 в количестве 2,75 кг (0,1 вес.%).

Затем бетонную смесь подают в зону формования в форму на нижнюю формовочную плиту, которую опускают на виброплощадку и под действием вибрации осуществляют предварительное уплотнение бетона в течение 1 -2 сек. Затем вибрацию прекращают, на обратном ходу снимают излишки смеси с формы, закрывают форму, опускают пуансон и производят окончательное уплотнение бетонной смеси под одновременным воздействием вибрации и давления, обеспечиваемого массой пуансона с траверсой и усилием гидроцилиндра 10 атм. Продолжительность уплотнения 6 сек. Затем на приемный стол вручную устанавливают поддон вровень с поверхностью формы и свежеотформованные изделия автоматически сталкивают на стол толкателем. Затем переносят поддоны на участок твердения в камеру термовлажной обработки с температурой 20±3°С и относительной влажностью 95±5% и выдерживают 20 часов. Полученное дорожное изделие характеризуется средней плотностью 2300 кг/м³; прочностью при сжатии 42,0 кгс/см², прочностью на растяжение при изгибе 3,6; морозостойкостью не менее F-320; водопоглощение не превышает 4%; стойкость к солевой агрессии соответствует ГОСТам, прочность на истирание 0,45 г/см².

В таблицах 1, 2, 3, приведены примеры других исполнений и результаты испытаний полученных изделий.

Испытания полученных изделий по предлагаемому способу показали, что введение в состав цемента микрокремнезема в сочетании с суперпластификатором С-3 приводит к снижению капиллярной пористости, что в свою очередь приводит к понижению температуры замерзания поровой жидкости в поровом пространстве: снижает вероятность образования высолов и гидросульфоалюминатов кальция - главного разрушающего фактора изделий из бетона, снижает коэффициент диффузии СО₂, позволяет получить особо плотные бетоны, приводит к снижению микротрещинообразования, а также позволяет существенно сократить расход цемента. Выбирая оптимальные дозировки микрокремнезема и суперпластификатора можно на рядовых составах получать марочную прочность бетона, равную 50 МПа.

Изобретение относится к области изготовления изделий из бетонной смеси, которые могут быть использованы в ландшафтном оформлении комплексного благоустройства современного градостроительства в виде декоративных ограждений, газонов, дорог, полисадов, цветников, при мощении территорий и других случаев в ландшафтном дизайне. Технический результат - изготовление изделий, обладающих высокой прочностью, долговечностью, морозостойкостью, повышенной химической стойкостью, водонепроницаемостью, а также экономия цемента за счет замены оптимального его количества микрокремнеземом. В способе изготовления изделия из бетонной смеси, включающем приготовление бетонной смеси перемешиванием цемента, песка, пигмента органического или неорганического происхождения, суперпластификатора С-3 и воды с последующей укладкой бетонной смеси в форму с рельефным вкладышем, размещение формы на формовочной плите, уплотнение с помощью вибрации, используют песок с модулем крупности Мкр-2,4-3,2, в бетонную смесь дополнительно вводят микрокремнезем, а компоненты берут в следующем соотношении, мас.%: цемент 19,5-22,0, указанный песок 69,0-69,2, указанный пигмент 0,7-1,0, суперпластификатор С-3 0,1-0,21, микрокремнезем 1,0-3,4, вода остальное, причем перемешивают сначала указанный песок и указанный пигмент в течение 45-50 сек, затем к этой смеси добавляют цемент и микрокремнезем, снова перемешивают в течение 60-70 сек, после чего добавляют воду с суперпластификатором С-3 и перемешивают 120-180 сек, а уплотнение с помощью вибрации осуществляют в течение 1-2 сек с последующим одновременным уплотнением с помощью вибрации и давления 10-15 атм в течение 6-15 сек, после этого свежеотформованное изделие помещают в камеру термовлажной обработки с температурой 17-23⁰С и относительной влажностью 90-100% и выдерживают 15-20 часов, причем форму выполняют из стали, а фигурные вкладыши - из полиуретана. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ изготовления изделия из бетонной смеси, включающий приготовление бетонной смеси перемешиванием цемента, песка, пигмента органического или неорганического происхождения, суперпластификатора С-3 и воды с последующей укладкой бетонной смеси в форму с рельефным вкладышем, размещение формы на формовочной плите, уплотнение с помощью вибрации, отличающийся тем, что используют песок с модулем крупности Мкр - 2,4-3,2, в бетонную смесь дополнительно вводят микрокремнезем, а компоненты берут при следующем соотношении, мас.%:

Цемент 19,5 - 22,0

Указанный песок 69,0 - 69,2

Указанный пигмент 0,7 - 1,0

Суперпластификатор С-3 0,1 - 0,21

Микрокремнезем 1,0 - 3,4

Вода Остальное

причем перемешивают сначала указанный песок и указанный пигмент в течение 45-50 с, затем к этой смеси добавляют цемент и микрокремнезем, снова перемешивают в течение 60-70 с, после чего добавляют воду с суперпластификатором С-3 и перемешивают в течение 120-180 с, а уплотнение с помощью вибрации осуществляют в течение 1-2 с, с последующим одновременным уплотнением с помощью вибрации и давления 10-15 атм в течение 6-15 с, после этого свежеотформованное изделие помещают в камеру термовлажной обработки с температурой 17-23°С и относительной влажностью 90-100% и выдерживают 15-20 ч.