СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СУХОГО ТОНКОДИСПЕРСНОГО ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЯ И СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СУХОЙ СЫРЬЕВОЙ СМЕСИ ДЛЯ ПЕНОБЕТОНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭТОГО ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЯ Российский патент 2008 года по МПК C04B38/10 

Изобретения предназначены для получения сухого пенообразователя и сухой бетонной сырьевой смеси для пенобетонов и могут быть использованы при производстве пенобетонных строительных теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных изделий, ячеисто-бетонных изделий, ограждающих конструкций в монолитном строительстве.

Большинство известных пенообразователей представляют собой водные растворы веществ (см., например, клей канифольный, пенообразователь «Морпен», используемые в описании к патенту РФ №2132314, С04В 38/10, «Способ приготовления пенобетона, сырьевая смесь для приготовления пенобетона и способ изготовления конструкции», опубликованному 27.06.99.). Жидкие пенообразователи затрудняют точное дозирование компонентов, например, в пенобетонных смесях по одностадийной и двухстадийной технологии приготовления, что вызывает большие сложности в производстве и нестабильность свойств пенобетонной смеси.

Наиболее близким аналогом предлагаемого способа приготовления пенообразователя является «Способ получения пенообразователя» по патенту РФ №2284308, МПК С04В 38/10, опубликовано 27.09.2006.

В соответствии с вышеуказанным известным техническим решением способ получения пенообразователя включает гидролиз сырья животного происхождения в присутствии щелочи с получением экстракта, нейтрализацию экстракта сильной кислотой, стабилизацию солью сильной кислоты и обезвоживание, при этом после стабилизации экстракт охлаждают и обезвоживают путем смешивания его с дисперсантом (адсорбентом как водопоглощающей добавкой) в количестве 1:20-1:100 к количеству экстракта по массе и высушивания до получения смеси с влажностью 1-5%. Дисперсант при этом используют с удельной поверхностью 350-1000 м²/м³. В качестве дисперсанта использовали минеральное или органическое вещество, обладающее диспергирующими и сорбционными свойствами, такое как тонкомолотые минералы (мел), минеральные волокна (базальтовое), различные кремнеземсодержащие вещества (микрокремнезем), кремнегель, белая сажа, тонкомолотое оконное или тарное стекло, тонкомолотая глина, глиноземсодержащие вещества (альфа-корунд), диоксид титана, диоксид цинка, древесная мука, текстильная пыль и др., а также смесь дисперсных веществ.

Недостатком указанного способа является получение пенообразователя достаточно высокой влажности 1-5%, которая приводит к его комкованию, комкованию вяжущего при его добавлении в смесь с пенообразователем указанной влажности и комкованию самой смеси, уменьшению их дисперсности и невозможности приготовления с таким пенообразователем сухой бетонной смеси длительного хранения и ее последующего простого использования для приготовления пенобетона. Комкование бетонной смеси и ее компонентов приводит к нарушению однородности структуры пенобетона из смеси с таким пенообразователем, требует при приготовлении пенобетона более тщательного и более длительного перемешивания бетонной смеси с водой, не обеспечивает получение стабильного по свойствам, безусадочного пенобетона.

Другим недостатком указанного способа является низкая эффективность пенообразователя, которая требует его использования в пенобетонах в количестве 10-30 кг/м³, что приводит к нарушению агрегативной устойчивости бетонной смеси и к существенному ухудшению прочностных характеристик пенобетона.

Задачей изобретения является разработка сухого, твердого пенообразователя длительного хранения без комкования, использование которого в сухих смесях длительного хранения для приготовления пенобетонов позволило бы повысить технологичность их приготовления, обеспечить точное дозирование исходных компонентов пенобетона, получить стабильный по свойствам, однородный, безусадочный, более прочный пенобетон. Другой задачей является повышение эффективности пенообразователя, уменьшение количества его использования на единицу объема пенобетона.

Задача решается в способе приготовления сухого тонкодисперсного пенообразователя смешением водного раствора пенообразователя (его концентрата) с водопоглощающей добавкой. В качестве водопоглощающей добавки используют адсорбент в виде мела. Отличием от прототипа является использование в качестве водопоглощающей добавки не только мела, но и других адсорбентов карбонатной породы, или гидратирующих добавок, вступающих с водой раствора пенообразователя в реакцию гидратации с получением твердого продукта, причем водный раствор пенообразователя по отношению к водопоглощающей добавке берут в соотношении 1:1-1:8. В качестве водопоглощающей добавки - адсорбента в виде карбонатной добавки - используют тонкомолотые мел или известняк, или доломит. В качестве гидратирующих добавок используют гидроизоляционную добавку в виде «Пенетрон Адмикс», негашеную известь, известково-кремнеземистое вяжущее (молотая смесь негашеной извести с кремнеземом), выпускаемое, например, Казанским силикатным заводом для производства силикатного кирпича. В качестве водопоглощающей добавки, вступающей в реакцию гидратации, можно использовать полугидрат гипса, превращающийся в результате реакции гидратации в двуводный гипс. Полученную смесь пенообразователя с гидратирующей добавкой выдерживают 3-7 часов до завершения реакции гидратации. Время выдержки зависит от времени полного завершения реакции гидратации, связанного с видом гидратирующей добавки. При использовании адсорбента при необходимости смесь досушивают путем нагрева в сушильной камере при температуре 105-200°С до получения сухой смеси пенообразователя, при этом время тепловой обработки определяют экспериментально, которое зависит от объема смеси и соотношения ее компонентов. При высоком соотношении адсорбента и пенообразователя 8:1 и высокой удельной поверхности адсорбента в 2000 см²/г тепловая обработка необязательна. В результате использования описанного способа приготовления пенообразователя с использованием водопоглощающей добавки связывается и удаляется вода из пенообразователя и образуется сухой твердый продукт с влажностью не более 0,5%. Низкая влажность сухого пенообразователя не приводит к его комкованию и к комкованию компонентов сухой смеси, например вяжущих, обеспечивая однородность сухой смеси, однородность пенобетонов из них, стабильность их свойств и повышение прочности пенобетонов.

Известны способы приготовления пенобетонов, в которых способ приготовления сырьевой смеси для пенобетона неавтоклавного производства включает перемешивание в сухом виде портландцемента 31-56 мас.%, кремнеземистого заполнителя в виде кварцевого песка или золы-уноса 16-44 мас.%, комплексной добавки сложного состава с сульфатом алюминия, полуводным гипсом, карбонатом щелочного металла, хлористым кальцием. Приготовление цементного теста производят путем добавления воды в полученную смесь, приготовление пены путем добавления в воду пенообразователя на основе вторичных алколсульфитов натрия 0,05-0,15 мас.%, смешение цементного теста и пены и последующее формование полученной бетонной смеси (см. заявку №97111476 на выдачу патента «Сырьевая смесь для изготовления пенобетона», МПК С03В 38/10, опубликованную 10.09.99.).

Известен также способ приготовления сырьевой смеси для пенобетона в соответствии с патентом РФ 2132314, С04В 38/10, «Способ приготовления пенобетона, сырьевая смесь для приготовления пенобетона и способ изготовления конструкции», опубликованным 27.06.99., который включает поэтапное раздельное введение в пену сухих компонентов и перемешивание портландцемента 48-60 мас.%, кремнеземистого наполнителя 12-34 мас.% в виде мелкозернистого песка, стабилизатора пены 0,06-0,08 мас.% из натриевого силиката, извести 0,08-0,12 мас.%, противоусадочной добавки ТИАМАК 0,12-0,16 мас.% и ускорителя схватывания Поззолит 0,04-0,06 мас.%.

Недостаток вышеуказанных способов приготовления сырьевой смеси заключается в том, что из смеси надо сразу после смешения компонентов формовать строительные изделия, поскольку туда входит вода. Дозировать сложный состав компонентов смеси на строительной площадке сложно, требуется специальное оборудование, квалифицированный персонал, поэтому такие пенобетоны и изделия из них изготавливают в заводских условиях. Кроме того, существует и технологическая проблема введения пенообразователя в смесь, перемешивания его с другими компонентами смеси, т.к. ее стабильность недостаточно высока, что ведет к усадке пенобетонных изделий.

Наиболее близким аналогом является способ приготовления бетонной смеси для пенобетона в виде раствора по патенту РФ №2284308 «Способ получения пенообразователя», МПК С04В 38/10, опубликовано 27.09.2006. В соответствии с указанным патентом для получения пенобетона бетонную смесь, содержащую вяжущее, например портландцемент, сухой пенообразователь влажностью 1-5%, загружают в пенобетоносмеситель, добавляют расчетное количество воды и смешивают до вспенивания (см. абзац 3, 8 стр.3 описания и др.). В зависимости от вида пенобетона на 1 м³ его берут от 10 до 30 кг пенообразователя.

Недостаток указанного способа заключается в том, что готовить сухую бетонную смесь длительного хранения с пенообразователем, высушенным до 1-5% влажности, невозможно, т.к. такой пенообразователь комкуется, и его использование в сухих бетонных смесях приводит также к комкованию вяжущего в бетонной смеси, комкованию самой сухой бетонной смеси, уменьшению их дисперсности, нарушению однородности структуры пенобетона, требует при приготовлении пенобетона более тщательного и более длительного смешивания бетонной смеси с водой. Нарушение однородности структуры пенобетона ведет к нестабильности характеристик пенобетона, недостаточной его прочности, усадке.

Задачей изобретения является создание сухой бетонной смеси длительного хранения для приготовления пенобетонов однородной структуры, обеспечение возможности простого приготовления из нее пенобетона непосредственно на строительной площадке с использованием простого оборудования путем перемешивания готовой сухой сырьевой смеси с водой. Другой задачей является повышение стабильности характеристик пенобетона и снижение его усадки за счет образования более однородной его структуры, повышение прочностных характеристик пенобетона за счет уменьшения влажности используемого пенообразователя, уменьшения его комкования и комкования вяжущего и самой бетонной смеси.

Задача решается способом приготовления сухой сырьевой смеси для пенобетона, включающем предварительное смешивание водного раствора (концентрата), пенообразователя с водопоглощающей добавкой, дозирование компонентов: вяжущего в виде портландцемента и пенообразователя в высушенном виде. При необходимости получения более плотных и прочных конструкционно-теплоизоляционных изделий добавляют кремнеземистый заполнитель (песок). Отличием предлагаемого способа приготовления указанной смеси от прототипа является то, что в качестве пенообразователя используют водный раствор, лучше концентрат, пенообразователя синтетического ПБ-2000 или белкового ПО-6, в качестве водопоглощающей добавки используют не только минеральный адсорбент в виде тонкомолотой карбонатной добавки - мела, но и другие тонкомолотые карбонатные добавки в виде известняка или доломитов, или используют тонкомолотую гидратирующую добавку - негашеную известь, или смесь известково-кремнеземистого вяжущего в соотношении 1:1, или полугидрат гипса или гидроизоляционную добавку. Пенообразователь смешивают с водопоглощающей добавкой в количественном соотношении 1:1-1:8 для получения твердого продукта, при необходимости досушивают путем тепловой обработки смеси пенообразователя с карбонатной добавкой. С гидратирующей добавкой смесь пенообразователя выдерживают до завершения процесса гидратации. Производят перемешивание сухих компонентов: пенообразователя и вяжущего. Дополнительно в композицию можно добавить поверхностно-активное вещество (далее ПАВ) анионного типа. Компоненты берут в следующем количественном соотношении, мас.ч.:

Портландцемент250-400Пенообразователь1,1-5,0Водопоглощающая добавка3,0-22,0.

Воду добавляют к полученной сухой сырьевой смеси непосредственно при приготовлении пенобетона, уже на строительной площадке.

Поверхностно-активное вещество анионного типа берут в количестве 0,15-4,5 мас.ч.; кремнеземистый заполнитель - 60-200 мас.ч. при необходимости получения более плотных пенобетонов.

Количественное соотношение пенообразователя и водопоглощающей добавки зависит от вида пенообразователя, его концентрации, вида водопоглощающей добавки, ее водопоглощающих свойств.

Обработка пенообразователя водопоглощающей добавкой до смешения его с другими компонентами сырьевой смеси позволяет связать влагу, содержащуюся в пенообразователе, и использовать последний в виде твердого сухого вещества, обеспечить длительное хранение сухой сырьевой смеси без комкования. При приготовлении пенобетона из сухой сырьевой смеси в соответствии с изобретением имеет место разделение во времени процессов тщательного перемешивания сухих компонентов и процессов пенообразования при затворении водой уже полученной сухой смеси с вяжущим, например цементом. Это приводит к стабилизации пенобетонной смеси, уменьшению ее усадки и повышению прочностных свойств.

В качестве вяжущего использовали портландцемент ПЦ 500 ДО-Н бездобавочный и нормируемого состава клинкера Вольского цементного завода ГОСТ 10178, содержащий трехкальциевый алюминат (Са₃А) не более 6%, тонкость помола - полный остаток на сите 008 не более 15% с удельной поверхностью 3000-3500 см²/г.

В качестве пенообразователя использовали синтетический пенообразователь ПБ-2000, ТУ 2481-185-05744685-01 или белковый пенообразователь ПО-6ЦТ, ТУ 0258-148-05744685-95.

В качестве водопоглощающей добавки использовали:

- мел ГОСТ 17498-72;

- известняк ГОСТ 8267-93;

- доломиты ГОСТ 23672-79;

- негашеную известь строительную ГОСТ 0179-77;

- смесь извести с кремнеземом - известково-кремнеземистое вяжущее производства Казанского силикатного завода;

- полугидрат гипса - гипсовое вяжущее строительного назначения Г4-Г7 ГОСТ 125-79;

- гидроизоляционную добавку «Пенетрон Адмикс», ТУ 57775-001-39504194-96.

В качестве ПАВ анионного типа использовали стиральные порошки - различные порошкообразные моющие средства Казанского ОАО НЭФИС.

В качестве кремнеземистого компонента использовали песок группы «мелкий» ГОСТ 8736.

В RU 2132314 при приготовлении сырьевой смеси также использовали известь, как и в одном из вариантов предложенного способа, однако известь в этом аналоге выполняет функции стабилизатора пены, позволяет снизить усадочные характеристики пенобетона за счет стабилизации структуры пены. В отличие от RU 2132314 в одном из вариантов предложенного способа используется негашеная известь, которая при взаимодействии с влагой концентрата пенообразователя химически связывает ее, служит поглотителем воды в новой совокупности признаков, приводит к новому техническому результату получения сухого пенообразователя, что в конечном итоге обеспечивает получение сухой сырьевой смеси для пенобетона.

Способ получения сырьевой смеси для пенобетона на ее основе осуществляют следующим образом.

Предварительно готовят сухую смесь пенообразователя. Для этого расчетное количество концентрата пенообразователя тщательно перемешивают с предварительно измельченной водопоглощающей добавкой в указанном соотношении 1:1-1:8. Эту смесь при использовании адсорбента при необходимости сушат в сушильной камере при температуре 105-200°С до получения сухой смеси пенообразователя, при этом время тепловой обработки определяют экспериментально, которое зависит от объема смеси и соотношения ее компонентов. В зависимости от вида используемой водопоглощающей добавки при смешении ее с концентратом пенообразователя протекают различные реакции. При использовании карбонатной добавки в смеси с пенообразователем ее пористые частицы адсорбирует молекулы воды пенообразователя, которые впоследствии удаляют тепловой обработкой. При удельной поверхности водопоглощающей добавки в 2000 см²/г, ее высоком содержании в смеси с пенообразователем 8:1 тепловая обработка не требуется. При использовании негашеной извести протекает реакция ее гидратации с использованием влаги в концентрате пенообразователя. Для полного протекания реакции гидратации после перемешивания смесь должна быть выдержана 3-7 часов. При использовании полугидрата гипса или гидроизоляционной добавки также происходит реакция гидратации. На время реакции гидратации гипса и время необходимой выдержки смеси пенообразователя влияет его марка. Далее сухую смесь пенообразователя просеивают через сито 09 с получением смеси с удельной поверхностью 2000 см²/г. При использовании полугидрата гипса в процессе его взаимодействия с влагой пенообразователя образуется гипсовый камень, который перед просеиванием необходимо измельчить. После приготовления требуемого количества сухого пенообразователя дозируют портландцемент и тщательно перемешивают с расчетным количеством полученного сухого пенообразователя. При необходимости добавляют другие сухие отдозированные компоненты: порошкообразное моющее средство, снижающее поверхностное натяжение воды затворения, кремнеземистый компонент для более плотных бетонов. Для приготовления пенобетона на основе полученной сухой бетонной смеси в турбулентный смеситель подают воду 105-280 мас.ч. и в нее добавляют сухую сырьевую смесь, перемешивают при скорости вращения мешалки 1500 об/мин в течение не менее 5 минут. Указанные операции можно делать непосредственно на строительной площадке. Для перекачки пенобетона к месту формования возможно применение бароустановок с давлением в 1,5 атм. После формования для уменьшения усадки желательно, чтобы пенобетон первые 3-4 часа твердел при температуре 30-40°С.

В зависимости от качественного и количественного соотношения компонентов были получены разные составы сухих сырьевых смесей длительного хранения для пенобетонов, которые отражены в Примерах 2-22 Таблицы 1. В примере 1 Таблицы 1 приведены данные по аналогу RU 2132314, в примере 23 приведены данные по прототипу RU 2284308. В Таблице 2 приведены характеристики пенобетона из сырьевых смесей, в том числе из сухой сырьевой бетонной смеси в соответствии с изобретением (примеры 2-22). В прототипе пример 23 использовался теплоизоляционно-конструкционный пенобетон плотностью 600-800 кг/м³; для изобретения примеры 2-22 готовили сухие сырьевые смеси как для легких, теплоизоляционных, так и для плотных, конструкционно-теплоизоляционных пенобетонов. Сопоставимыми с прототипом в таблице 2 могут быть только плотные, тяжелые бетоны с близкой к нему плотностью в 600-800 кг/м³. Определение плотности и прочности пенобетона на сжатие производили по ГОСТ 10180-90, определение усадки - по ГОСТ 25485-89, приложение 1. Как видно из Таблицы 2, по отношению к аналогу RU 2132314 прочность пенобетона на сжатие в соответствии с изобретением возросла даже без применения кремнеземистого заполнителя, усадка уменьшилась во всех примерах. При сопоставимой плотности пенобетона в соответствии с прототипом прочность на сжатие пенобетона в соответствии с изобретением возросла, усадка уменьшилась. В целом повысилась марка пенобетона. Для приготовления пенобетона на единицу его объема в соответствии с изобретением пенообразователя требуется 5-15 кг/м³, что свидетельствует о его большей эффективности по отношению к прототипу и о большей экономичности пенобетона.

Таблица 1№ составаПортландцементПенообразовательКарбонатная добавкаНегашеная известьСмесь извести и кремнеземаПолуводный гипсГидроизоляционная добавкаПАВКремнеземПБ-2000ДругоеПО-6мелдоломитизвестняк1 RU 213231445-«Морпен»----Известь 0,07----2622505,0        10,00,15 33004.4   8,8       43004,4    8,8      5350  1,87513,125        6400  3,1421,98        7300  2,08    10,42    8300  3,125    9,0    9300  5,0    15,0   6010300  2,510,0        11300  1,26      10,1  12300  1,510,5        13300  1,87513,125       10014300  4,2   8,2     15300  2,5     7,5   163505,0     15,0     173004,1  8,3        183004,1  8,3      2,0 19350  3,5     3,5   203504,4        8,8 200213501,7        3,04,514022350  1,6      12,8  23 Прототип RU 2284308370-420 Из сырья животного происхождения 4,5-5,0-90-100-------200-300

Таблица 2Характеристики Пенобетона1 аналог RU 2132314234567891011121314151617181920212223 Прототип RU 2284308Плотность, кг/м³450-500260440430550750540500700410470460550405435550440380380650620670600-800Прочность на сжатие, R₂₈ кг/см²1,5-1,61-47,47,723,537,219,115,029,28,216,211,915,07,16,914,08,58,97,014,313,729,210-25Усадка, мм/м через 28 суток в нормальных условиях3,82,92,11,91,40,91,51,71,92,22,01,51,32,81,53,02,01,72,92,12,42,02,5

Изобретения предназначены для получения сухого пенообразователя и сухой сырьевой смеси для пенобетонов. Технический результат - обеспечение возможности длительного хранения пенообразователя и сырьевой смеси и точности дозирования компонентом сырьевой смеси, упрощение технологии, повышение эффективности пенообразователя, снижение его расхода. В способе приготовления сухого тонкодисперсного пенообразователя, включающем смешение концентрата пенообразователя с водопоглощающей добавкой, в качестве водопоглощающей добавки используют негашеную известь или ее смесь с кремнеземом, или полуводный гипс, или гидроизоляционную добавку «Пенетрон Адмикс» при соотношении указанных концентрата и добавки 1:1-8, осуществляют выдержку полученной смеси до завершения реакции гидратации. Способ приготовления сухой сырьевой смеси для пенобетона включает дозирование и перемешивание портландцемента и пенообразователя, полученного указанным выше способом, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: портландцемент 250-400, концентрат пенообразователя 1,1-5,0, водопоглощающая добавка 3,0-22,0. Изобретения развиты в зависимых пунктах. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ приготовления сухого тонкодисперсного пенообразователя, включающий смешение концентрата пенообразователя с водопоглощающей добавкой, отличающийся тем, что в качестве водопоглощающей добавки используют негашеную известь или ее смесь с кремнеземом, или полуводный гипс, или гидроизоляционную добавку «Пенетрон Адмикс» при соотношении указанных концентрата и добавки 1: 1-8, осуществляют выдержку полученной смеси до завершения реакции гидратации.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после выдержки осуществляют помол.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве концентрата пенообразователя используют синтетический пенообразователь ПБ-2000 или белковый пенообразователь ПО-6.4. Способ приготовления сухой сырьевой смеси для пенобетона, включающий дозирование и перемешивание портландцемента и пенообразователя, полученного способом по п.1, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

портландцемент250-400концентрат пенообразователя1,1-5,0водопоглощающая добавка3,0-22,0