СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ НЕАВТОКЛАВНОГО ЯЧЕИСТОГО ЗОЛОБЕТОНА Российский патент 2007 года по МПК C04B38/10 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано, преимущественно, при изготовлении ограждающих конструкций и изделий, а также строительстве монолитных жилых домов из неавтоклавного ячеистого бетона на основе дисперсных зол электростанций.

Известен способ изготовления изделий из ячеистого бетона, в том числе на основе зол электростанций, путем воздухововлечения и пенообразования смеси с добавкой поверхностно-активного вещества (пенообразователь) при интенсивном перемешивании с последующим формованием [1]. Недостатком способа является слабый пенообразующий эффект добавки в смеси в случае применения в качестве кремнеземистого компонента дисперсных зол, которые обладают высокой развитой поверхностью и, следовательно, адсорбционной способностью, что обуславливает отвод значительной части ПВА из жидкой фазы, то есть из процесса пенообразования. Увеличение же дозировки ПАВ приводит к снижению скорости твердения и ухудшению физико-механических свойств бетона.

Известен также способ изготовления изделий из бетона, в том числе ячеистого, путем вибрирования и электроразогрева смеси с последующим формованием [2].

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления из ячеистого бетона, включающий приготовление поризованной (пеной) холодной смеси, заливку ее в формы и последующее вспучивание до получения требуемой средней плотности путем нагревания и вибрации [3].

Недостаток известного способа состоит в том, что применяемые в нем последовательность операций и вид пенообразующих (поризующих) добавок не позволяют достигнуть высокой скорости твердения и физико-механических характеристик материала. В частности, это обусловлено тем, что после заливки холодной поризованной смеси в форму затруднен или практически невозможен форсированный (кратковременный) высокотемпературный ее разогрев - до 90-100°С, позволяющий достигнуть высокой интенсивности твердения ячеистого бетона при последующей тепловлажностной обработке. Кроме того, способ не позволяет полностью исключить структурные и термические напряжения в бетоне при переходе от стадии формования к стадии термообработки изделий, что ухудшает их физико-механические свойства. Применяемые для поризации смеси добавки ПАВ не позволяют достигнуть высокой устойчивости (стабильности объема) пенных пор (пены) при разогреве и вибрации смеси, что также снижает физико-технические характеристики материала.

Задача, решаемая заявляемым изобретением, состоит в интенсификации твердения и повышении физико-механических характеристик изделий из неавтоклавного ячеистого бетона на основе дисперсных зол электростанций. Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в максимальном использовании гидравлической (химической) активности золы, как стекловидного кремнеземо-глиноземистого компонента, при изготовлении по простой и экономически эффективной неавтоклавной технологии с термообработкой при 90-100°С. При этом получаемый ячеистый золобетон по важнейшим физико-техническим характеристикам (прочность, морозостойкость, усадка, трещиностойкость) превосходит ячеистый золобетон автоклавного твердения.

Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата поризованную золобетонную смесь приготавливают путем интенсивного перемешивания, например, в турбулентном смесителе (известный признак) с применением гидрофильной комплексной добавки, состоящей из поверхностно-активного вещества групп алкилсульфатов, алкилсульфонатов или алкилфенолов и суперпластификатора в виде продукта конденсации нафтолинсульфокислоты и формальдегида, взятых в соотношении от 1:1 до 1:3, осуществляют электроразогрев смеси до 90-100°С со скоростью 15-25°С/мин с немедленной укладкой смеси в форму при вибрировании в течение 3-5 с и последующий изотермический прогрев при 90-100°С в течение 3-4 ч.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что первый его отличительный от прототипа признак, заключающийся в виде и составе комплексной добавки, обуславливает полуфункциональность ее действия при неразрывной взаимосвязи с предлагаемыми последовательностью и параметрами операции над смесью.

Исследования показали, что сочетания в комплексной добавке ПАВ указанных видов (групп) и суперпластификатора прежде всего позволяют получить в цементно-зольной смеси одновременное усилие двух эффектов - пластифицирующего и воздухововлекающе-пенообразующего. При этом установлено, что при смещении компонентов комплексной гидрофильной добавки в соотношении от 1:1 до 1:3 наблюдается явление синергизма по обоим эффектам, то есть такая смесь обладает лучшими пластифицирующим и пенообразующим эффектами, чем каждый из компонентов добавки в отдельности. Характерно также, что по мере снижения водотвердого отношения цементно-зольной смеси до значения 0,25-0,30 соответствующих получению удобоукладываемых смесей с расплывом по прибору Суттарда 7-9 см наблюдается усиление воздухововлекающего и пенообразующего эффектов (объем воздуха до 80-90%). Это очень важно, так как снижение количества воды затворения в смеси позволяет интенсифицировать процесс твердения ячеистого золобетона, а также повысить его прочность и снизить усадку.

В отличие от прототипа разогрев (электроразогрев) поризованной смеси и ее вспучивание за счет увеличения объема пузырьков вовлеченного воздуха и минерализованной пены осуществляется до заливки в форму (в известных устройствах, например бункере с установленными в нем пластинами-электродами). Особенность действия комплексной добавки на этой стадии изготовления изделий состоит в том, что в процессе разогрева и в течение 15-20 мин после него пластическая прочность смеси сохраняется постоянной или увеличивается незначительно, а затем резко возрастает по экспоненциальной зависимости. Такой характер изменения пластической прочности (развития процесса схватывания) смеси на стадиях ее разогрева и формования обуславливает возможность форсированного (3-5 мин) высокотемпературного (до 90-100°С) электроразогрева поризованной смеси до заливки в форму при сохранении ее текучего (пластичного) состояния в процессе формования изделий.

Следует отметить, что заторможенность процесса схватывания поризованной смеси в начальной его стадии даже при высокотемпературном разогреве в присутствии предлагаемой комплексной добавки наблюдается только в случае применения в качестве кремнеземистого компонента дисперсной золы электростанций. Это обусловлено ее химическим и фазовыми составами, в частности присутствием сернистых и сернокислых соединений, а также микропористостью и микротрещиностойкостью гидрофильных стекловидных частиц. Сочетание в комплексной добавке высокомолекулярного суперпластификатора на основе нафталинсульфокислоты и формальдегида с ПАВ групп алкилсульфатов, алкилсульфонатов и алкилфенолов в сильной степени усиливает смачивающую способность добавки по отношению к частицам золы. Активное оводнение этих частиц является причиной замедленного нарастания пластической прочности смеси в начальный период после ее высокотемпературного электроразогрева, что и требуется для достижения технического результата при осуществлении изобретения.

Наконец, важная функция комплексной добавки, сочетаемой в смеси с дисперсной золой, состоит в том, что обеспечивается высокая агрегатная устойчивость (стабильность объема и однородность пористости) поризованной смеси при высокотемпературном электроразогреве и последующей заливке в форму, что создает благоприятные условия для формирования структуры материала.

Оптимальность пределов соотношения компонентов комплексной добавки от 1:1 до 1:3 выбрана из условий получения указанных эффектов в смеси. При соотношении ПАВ и суперпластификатора более 1:1 (1:0,8) наблюдается ускоренное схватывание поризованной смеси после ее электроразогрева до 90-100°С, что затрудняет ее укладку и снижает однородность плотности и прочности изделий; при соотношении менее 1:3 (1:3,5) происходит снижение интенсивности поризации смеси и твердения бетона.

Установлено, что кратковременное вибрирование (3-5 с) разогретой смеси при заливке в форму необходимо для снятия (релаксации) внутренних напряжений в смеси, возникающих вследствие термического расширения пузырьков воздуха и пены. При меньшей продолжительности вибрирования не происходит полной релаксации напряжений, что приводит к снижению прочности материала, а при большей продолжительности наблюдается излишняя дегазация смеси вследствие всплывания крупных пузырьков (диаметром 2-5 мм) вовлеченного в нее воздуха, что увеличивает среднюю плотность ячеистого бетона.

Признаки заявляемого изобретения, заключающиеся в одинаковых значениях температуры электроразогрева смеси и последующего изотермического прогрева изделий (90-100°С) в течение 3-4 ч, имеют принципиальное значение для решения задачи заявляемого изобретения. Постоянство температуры смеси в процессах формования и термообработки изделий исключает термические напряжения в процессах формирования структуры и твердения бетона и, следовательно, образование микротрещин в его межпоровых перегородках, что является фактором повышения физико-механических характеристик ячеистого золобетона. При этом, как показали экспериментальные исследования, при скорости электроразогрева смеси 15-25°С/мин, что соответствует его продолжительности 3-5 мин, экзотермический процесс гидратации вяжущего и взаимодействия продуктов гидратации с золой характеризуется максимальным тепловыделением в момент формования изделий и в течение 20-30 мин после его завершения. Это компенсирует некоторую потерю тепла смесью на нагрев формы и способствует сохранению температуры смеси в пределах 90-100°С. Оптимальность скорости разогрева смеси в пределах 15-25°С/мин обусловлена еще и тем, что разогрев со скоростью более 25°С/мин нецелесообразен, так как для этого требуется высокая установленная мощность трансформатора. При скорости же разогрева менее 15°С/мин происходит ухудшение пластично-вязких свойств и удобоукладываемости смеси, что снижает прочность ячеистого золобетона.

Вид и состав вводимой в золобетонную смесь комплексной добавки, позволяющей осуществлять высокотемпературный электроразогрев поризованной смеси при обеспечении ее высоких структурно-механических характеристик (устойчивость), одинаковость температуры изделий на стадиях горячего формования и термообработки обусловливают существенную интенсификацию твердения ячеистого золобетона. Максимальные значения его прочностных показателей соответствуют 3-4 ч изотермического прогрева при 90-100°С, что в 2-3 раза меньше продолжительности термообработки неавтоклавных ячеистых золобетонов в известных технологиях.

Предлагаемым способом можно изготавливать изделия из ячеистого золобетона на любых видах вяжущих (цементном, известковом, смешанном известково-цементном). Важно отметить, что способ позволяет получать высокую прочность материала на одном цементе (без применения извести) при пониженном его расходе (20-30 мас.%) по сравнению с известными технологиями неавтоклавного ячеистого золобетона.

Для получения неавтоклавного ячеистого золобетона предлагаемым способом в турбулентный смеситель типа С-868 подают портландцемент М400 и каменноугольную золу Южно-Кузбасской ГРЭС, взятые в соотношении 1:3, воду затворения в количестве, соответствующем водотвердому отношению В/Т=0,3 (текучесть по Сутарду 7-9 см), и компоненты комплексной добавки: одно из поверхностно-активных веществ (ПАВ) групп алкилсульфатов (пенообразователь - смачиватель натрийалкилсульфат по ТУ 38-10719-77), алкилсульфанатов (смачиватель НБ по ГОСТ 6867-77) или алкилфенолов (смачиватель ДБ по ТУ 602-530-80 с изм. ПР-I) и суперпластификатор в виде продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида (суперпластификатор С-3 по ТУ 6-14-625-80**). ПАВ и суперпластификатор вводят в смесь в соотношении от 1:1 до 1:3 мас.ч. Дозировка комплексной добавки - 0,5% к массе твердых компонентов (цемент+зола), соответствующая получению ячеистого золобетона средней плотностью 800±20 кг/м³. Компоненты смеси перемешивают и поризуют в смесителе в течение 5 мин и готовую поризованную смесь заливают в известное устройство для электроразогрева бетонных смесей, выполненное в виде бункера со стенками и затвором из стеклотекстолита и установленными внутри бункера металлическими пластинами-электродами, включенными в цепь переменного тока напряжением 60 В. Электроразогрев смеси до 90-100°С, сопровождающийся одновременным увеличением ее объема, осуществляют со скоростью 15-25°С/мин и разогретую смесь сразу же заливают в формы для образцов 10×10×10 см, установленные на виброплощадке. После заполнения форм осуществляют вибрирование смеси в течение 3-5 с при известных оптимальных для ячеистого бетона параметрах (частота колебаний 20-30 с^-1 и амплитуда 0,5-0,75 мм), заглаживают открытую поверхность образцов и устанавливают их в пропарочную камеру, температура среды в которой составляет 90-100°С, для изотермического прогрева (термообработки) в течение 3-4 ч (примеры 1-3).

Одновременно изготавливают образцы ячеистого золобетона с запредельным соотношением компонентов комплексной добавки (пример 4-5), а также с параметрами обработки смеси, выходящими за заявляемые пределы (примеры 6-13). Кроме того, для сравнения изготавливают образцы ячеистого золобетона, содержащего только добавку ПАВ (натрий-алкилсульфат), с применением известных способов (примеры 14-15).

Полученные образцы ячеистого золобетона испытывают по ГОСТ 25185-89 «Бетоны ячеистые. Технические условия» и ГОСТ 12852.1-77 «Бетоны ячеистые. Методы испытаний».

Параметры изготовления образцов приведены в табл.1, а результаты их испытания - в табл.2.

Таблица 1СпособыОпытыСоотношение компонентов добавкиТемпература электроразогрева смеси, °С.Скорость электроразогрева, °С/мин.Время вибрирования, сТемпература термоо
бработки, °СВремя термообработки,
чПАВС-3По изобретению11190-10015-253-590-1003-421290-10015-253-590-1003-431390-10015-253-590-1003-4410,890-10015-253-590-1003-4513,590-10015-253-590-1003-461290-10010-143-590-1003-4Для подтвержден
ия оптимальнос
ти71290-10026-303-590-1003-481280-8915-253-590-1003-4912101-10515-253-590-1003-4101290-10015-251-290-1003-4111290-10015-256-790-1003-4121290-10015-253-590-1002-2,5131290-10015-253-590-1005-6Известный141090-10015-25-1746Известный151050-6015-25-90-1006

Таблица 2ОпытыДиаметр расплыва смеси по Сутарду, смВремя схватывания смеси, минСредняя плотность бетона, кг/м³Прочность на сжатие, МПаМорозостойкость, циклыУсадка, мм/м17,5168105,11250,928,317,58055,31350,9439,019,57905,41501,0547,26,58904,5471,35511,6288754,2601,4566,568154,4451,2710,718,58104,2501,3587,7278003,8451,4598,45,58253,7301,4108,5177954,1421,25118,3188304,6551,15128,317,58004,1801,6138,4178105,0751,2146,34,58204,2651,1156,578154,6581,4Примечание: При введение в смесь в качестве ПАВ натрийалкилсульфата, смачивателя НБ и смачивателя ДБ показатели свойств смеси и бетона идентичны (разброс ±5%).

Как видно из табл.2, неавтоклавный ячеистый золобетон, полученный предлагаемым способом, характеризуется по сравнению с изготовленным известными способами более высокими физико-механическими характеристиками, которые достигаются при меньшей продолжительности термообработки вследствие интенсификации процесса твердения.

Реализация заявляемого способа изготовления изделий из неавтоклавного ячеистого золобетона будет способствовать широкому экономически эффективному применению зол электростанций в сборном и монолитном домостроении.

Источники информации

1. Авт. свид. СССР №338506, кл. С04В 21/02, БИ №16, 1972 г.

2. Авт. свид. СССР №386876, кл. С04В 41/30, БИ №27, 1973 г.

3. Авт. свид. СССР №321378, кл. В28В 1/50, БИ №35, 1971 г. (прототип).

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано, преимущественно, при изготовлении ограждающих конструкций и изделий, а также строительстве монолитных жилых домов из неавтоклавного ячеистого бетона на основе дисперсных зол электростанций. Технический результат - интенсификация твердения и повышение физико-механических характеристик изделий из неавтоклавного ячеистого бетона на основе дисперсных зол электростанций. Способ изготовления изделий из неавтоклавного ячеистого золобетона включает приготовление поризованной смеси путем интенсивного перемешивания компонентов с введением воздухововлекающей гидрофильной комплексной добавки, состоящей из поверхностно-активного вещества групп алкилсульфатов, алкилсульфонатов или алкилфенолов и суперпластификатора в виде продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида, взятых в соотношении от 1:1 до 1:3 мас.ч., электроразогрев смеси переменным током до 90-100°С со скоростью 15-25°С/мин с немедленной укладкой вспученной смеси в форму при вибрировании в течение 3-5 с и последующий изотермический прогрев при 90-100°С в течение 3-4 ч. 2 табл.

Способ изготовления изделий из неавтоклавного ячеистого золобетона, включающий приготовление поризованной смеси путем интенсивного перемешивания компонентов с введением воздухововлекающей добавки, электроразогрев смеси переменным током, укладку в форму с вибрационной обработкой и последующую термообработку, отличающийся тем, что поризованную смесь приготавливают с применением гидрофильной комплексной добавки, состоящей из поверхностно-активного вещества групп алкилсульфатов, алкилсульфонатов или алкилфенолов и суперпластификатора в виде продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида, взятых в соотношении от 1:1 до 1:3, мас.ч., осуществляют электроразогрев смеси до 90-100°С со скоростью 15-25°С/мин с немедленной укладкой вспученной смеси в форму при вибрировании в течение 3-5 с и последующий изотермический прогрев при 90-100°С в течение 3-4 ч.