ЯЧЕИСТЫЙ БЕТОН АВТОКЛАВНОГО ТВЕРДЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК C04B38/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для изготовления теплоизоляционных ячеистых бетонов автоклавного твердения для гражданского и промышленного строительства.

Уровень техники

Известен автоклавный газобетон производства ОАО «Забудова» Белорусь, содержащий цемент, негашеную известь, песок, дробленый гипсовый камень (ангидрит), крошку газобетонных изделий (отходы производства), газообразователь на основе алюминиевой пудры и воду (http://www.stromros.ru). Упомянутый газобетон характеризуется высокой прочностью до 2.5 МПа (В2.5) и достаточно низким коэффициентом теплопроводности. Среди недостатков упомянутого газобетона можно отметить низкую морозостойкость: так теплоизоляционный бетон плотностью 400-500 кг/м³ выдерживает только 15-25 циклов согласно данным журнала «Энергосбережение» №10, 2005 г., Ю.Г.Граник. Тепловая изоляция жилых и гражданских зданий (или: http://wwvv.stroinauka.ru). К недостаткам можно также отнести использование достаточно дорогого и востребованного природного сырья и большое энергопотребление вследствие необходимости измельчения кварцевого песка.

Использование отходов производства, в частности золы или золошлаковых материалов, позволяет значительно удешевить производство ячеистых бетонов, способствует решению проблемы утилизации отходов и при этом уменьшает расход вяжущего, усадку бетона и повышает качество ячеистого бетона.

Известен автоклавный золопенобетон (см. патент №2256632, МПК: С04В 38/10, опубл. 2005.07.20), содержащий цемент, известь, в равных частях песок и золу от сжигания осадка сточных вод, пенообразующую добавку и воду. Автоклавное твердение золопенобетона осуществляют в течение 12 ч при Т=175°С и давлении 8 атм. Золопенобетон характеризуется повышенными теплоизоляционными характеристиками.

Среди недостатков упомянутого решения можно отметить: использование песка в качестве части кремнеземсодержащего компонента, а также более низкие показатели прочности и более высокую усадку в сравнении с газобетоном.

В качестве наиболее близкого аналога для заявляемого решения принят автоклавный газобетон производства Ступинского завода ячеистого бетона, в производстве которого не применяется кварцевый песок, а в качестве кремнеземсодержащего компонента использована зола, полученная в результате сжигания бурых углей Подмосковного бассейна (см. книгу М.Ю.Лещинский. Бетоны и растворы с применением золы ТЭС. серия Строительство и научно-технический прогресс 11/1988. М.: Знание, 1988, стр.26-27). Теплоизоляционный газобетон (плотностью 400 кг/м³) согласно источнику содержит известково-зольное вяжущее, полученное путем совместного помола золы и извести, немолотую золу и газообразователь на основе алюминиевой пудры с добавкой сульфанола. Состав смеси для получения конструкционно-теплоизоляционного газобетона дополнительно содержит аглопоритовый заполнитель, гипс.

К недостаткам известного газобетона следует отнести невысокую морозостойкость, т.к. даже использование в качестве добавки к упомянутому составу цемента в количестве 100 кг на 1 м³ бетона позволяет поднять морозостойкость изделий только до марки F50.

Раскрытие изобретения

Задачей заявляемого изобретения является повышение качественных показателей ячеистого бетона автоклавного твердения на основе золы - отхода производства ТЭЦ, в частности - повышение его морозостойкости.

Поставленная задача решена за счет того, что сырьевая смесь для приготовления ячеистого бетона автоклавного твердения, содержащая золу, цемент, известково-зольную смесь, газообразователь на основе алюминиевой пудры и воду, согласно заявляемому изобретению содержит в качестве золы золу-унос ТЭЦ электрофильтрового отбора, характеризующуюся содержанием SiO₂ 50-65%, Аl₂О₃ 18-30%, Fе₂О₃ 2-15%, СаО не более 10%, MgO не более 3% и SO₃ не более 2% и свободного СаО менее 1% и удельной поверхностью, соответствующей остатку на сите 008 не более 20%, соотношение извести и золы в известково-зольной смеси составляет 1:1, при этом сырьевая смесь дополнительно содержит шлам, приготовленный из отходов производства ячеистого бетона, характеризующийся плотностью 1200-1500 кг/м³ и температурой 20-40°С, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цемент 24-27 Известково-зольная смесь (ИЗС) 14-21 Зола-унос 34-40 Указанный шлам 16-21 газообразователь 0,07-0,09

и воду (сверх 100% сухих компонентов) в количестве, соответствующем водотвердому соотношению В/Т=0,6-0,7.

Известково-зольная смесь получена путем совместного помола дробленой извести и золы в шаровой мельнице до удельной поверхности 4000±200 см²/г.

Зола-унос - это материал, образующийся в результате сжигания углей в топках и осаждаемый из дымовых газов золоулавливающих устройств. Для заявляемого решения важно, что используют золу-унос электрофильтрового отбора, т.е. осажденную на электрофильтрах, или электрофильтровую золу, характеризующуюся определенным гранулометрическим составом, определяемым по остатку на сите №008 (с размером отверстий 0,08 мм) не более 20%, и высоким содержанием оксидов кремния и алюминия.

Вышеприведенная совокупность существенных признаков позволяет получить новый положительный результат, а именно: значительно повысить морозостойкость изделий из автоклавного газобетона, при сохранении высоких прочностных и теплозащитных характеристиках. Так морозостойкость блоков, полученных на основе заявляемого автоклавного газобетона, соответствует 150 циклам (см. приведенные ниже примеры осуществления).

Морозостойкость зависит от поровой структуры бетона: равномерности распределения пор, отсутствия капиллярной пористости, структуры межпоровых перегородок.

Изделия, получаемые на основе заявляемого решения, характеризуются мелкопористой структурой с равномерно распределенными закрытыми порами, что во многом определяется использованием совокупности вяжущих в виде цемента и известково-зольной смеси, а также качественными показателями используемого кремнеземсодержащего компонента - золы, характеризующейся определенными химическим и гранулометрическим составами.

Существенное влияние на формирование пор оказывает также скорость отверждения бетона - темпы набора первоначальной прочности, что во многом определяется количеством используемого цемента.

Материал стенок-перегородок, образующих поры, состоит из цементного камня или близкого к нему гидросиликатного каркаса. Таким образом, структура межпоровых перегородок, определяющая показатель морозостойкости, также зависит от вида и количества используемого вяжущего.

Для заявляемой смеси используют цемент (преимущественно, портландцемент М400) в количестве 24-27% и известково-зольную смесь (ИЗС), характеризующуюся соотношением золы и извести 1:1 и удельной поверхностью 4000±200 см²/г, в количестве 14-21%.

Используемый кремнеземистый компонент, относящийся к кислым золам, отходам сжигания каменного угля, составляет 34-40% от общего количества смеси.

Еще одним существенным компонентом смеси является шлам, приготовленный из отходов резки газобетона и используемый в количестве 16-21 мас.%.

Использование шлама, с одной стороны, позволяет получить безотходное производство, а с другой - шлам является существенным компонентом смеси, выступающим в качестве как части вяжущего, так и в качестве части заполнителя.

В результате диспергирования посредством механических воздействий и смешивания с водой получается шлам (т.н. обратный шлам), характеризующийся повышенной щелочностью за счет гидратации входящих в его состав непрореагировавших зерен цемента и извести. Высокая щелочность и дисперсность частиц обратного шлама способствуют, как известно, ускорению протекания реакций в твердеющей бетонной смеси, более быстрому набору первоначальной (распалубочной) прочности. Температура шлама 20-40°С и его плотность 1200-1500 кг/м³ обеспечивают оптимальные условия для протекания упомянутых реакций.

Количество воды затворения оказывает влияние на прочность материала стенок пор, их структуру. Избыток воды способствует образованию капиллярной пористости, что снижает морозостойкость изделий. Таким образом, количество воды, охарактеризованное водотвердым соотношением (В/Т), также является существенным фактором, оказывающим влияние на морозостойкость получаемых изделий. В/Т=0,6-0,7 по отношению к заявляемому составу смеси, является оптимальным, позволяющим достичь высокой степени морозостойкости. При увеличении В/Т>0,7 морозостойкость и прочность ячеистого бетона снижаются.

На основании вышесказанного можно сделать вывод, что именно совокупность существенных признаков заявляемого решения: состав смеси и количественные соотношения компонентов, вид и качественные характеристики используемой золы и других компонентов смеси, обеспечивают получение синергетического эффекта в виде повышенной морозостойкости газобетонных изделий. Так испытаниями независимой лаборатории подтверждено, что ячеистый бетон, получаемый согласно заявляемой смеси, имеет морозостойкость 150 циклов (F150).

Вместе с тем, заявляемый ячеистый бетон отличается высокими темпами набора первоначальной прочности, высокими прочностными и теплозащитными показателями.

Осуществление изобретения

Для изготовления ячеистого бетона используют:

- портландцемент М400,

- известь комовую, измельченную в роторной дробилке до размера 5-10 мм,

- каменноугольную золу-унос Омской ТЭЦ, характеризующуюся содержанием SiO₂ 50-64%, Аl₂О₃ 18-30%, Fe₂O₃ 4-15%, CaO 2-10%, MgO 0,5-2,5% и SO₃<2%, свободного СаO<1% и гранулометрическим составом, соответствующим остатку на сите 008 не более 20%,

- алюминиевую пудру, например ПАП -1 или ПАП-2.

Цемент и известь, зола и алюминиевая пудра доставляются автомобильным или железнодорожным транспортом и хранятся на складе. Известково-зольная смесь и алюминиевая суспензия готовятся на месте производства.

Для приготовления известково-зольной смеси дозируют золу и дробленую известь посредством, например, бункерных тензометрических весов в равных частях (1:1) и подвергают их совместному сухому помолу в шаровой мельнице до удельной поверхности 4500±200 см²/г. Из мельницы известково-зольная смесь подается в расходный силос бетоносмесительного отделения, где она подвергается интенсивному аэрированию сжатым воздухом.

Приготовление алюминиевой суспензии осуществляют из алюминиевой пудры и ПАВ, в качестве которых обычно используют сульфанол либо стиральный порошок с низким пенообразованием (например, «Пемос»), Во избежание расслоения или оседания частиц пудры в трубопроводе или смесителе осуществляют циркуляцию суспензии пневмонасосом по замкнутому контуру. Используют суспензию при Т=15-30°С.

Отходы от срезания горбушки и резки массивов собираются в емкость обратного шлама, перемешиваются с водой, диспергируются до получения плотности 1200-1500 кг/м³, транспортируются с помощью центробежного насоса в расходную шламовую емкость бетоносмесительного отделения. При этом осуществляют постоянное перемешивание шлама мешалкой и циркуляцию. Температура шлама поддерживается в пределах 30±5°С.

Компоненты ячеистобетонной смеси дозируют в смеситель согласно заданной рецептуре. В таблице 1 приведены базовые составы для приготовления ячеистобетонной смеси (в процентном соотношении массовых частей). Воду добавляют в количестве, обеспечивающем получение водотвердого отношения смеси В/Т=0.6. В таблице 2 указан расход компонентов в кг на получение 1 м³ бетона для тех же составов.

Таблица 1 Состав смеси № п/п Компоненты смеси, мас.% Цемент ИЗС Зола Обратный шлам Алюминиевая паста 1 27 20 36 16,014 0,086 2 26 15 40 18,022 0,078 3 24,5 20,4 34,7 20,326 0,074

Таблица 2 Состав смеси № п/п Расход компонентов смеси на 1 м³ газобетона, кг Цемент ИЗС Зола Обратный шлам Алюминиевая паста 1 140 105 191 89 0,45 2 138 78 211 100 0,41 3 133 111 189 111 0,41

Отдозированные компоненты последовательно загружаются в смеситель в следующем порядке: шлам с водой, зола, затем цемент и известково-зольная смесь, алюминиевая суспензия в последнюю очередь.

Как только алюминий хорошо смешается с остальными компонентами, ячеистобетонную смесь заливают в форму. Залитую в форму сырьевую смесь подвергают вибрационному воздействию в течение 40 с.

Твердеющий массив подвергают выдержке в камерах предварительного твердения в течение 120-180 минут до набора распалубочной прочности 200-400 г/см², резке и последующей автоклавной обработке при давлении 12 бар и температуре 190°С, цикл которой составляет 12 часов.

Отходы резки собирают в емкость для обратного шлама, измельчают и перемешивают с водой, обеспечивая получение плотности 1200-1500 кг/м³ и температуры 30±5°С. Готовый шлам подвергают постоянному перемешиванию. На взвешивание обратный шлам подается через «петлю определения плотности».

Физико-механические свойства ячеистого бетона, полученного в соответствие с заявляемым решением, были испытаны на соответствие требованиям действующих стандартов независимой лабораторией испытательного центра «ООО «ОмскстройЦНИЛ» системы сертификации. В таблице 3 приведены результаты упомянутых испытаний.

Таблица 3 Состав смеси № п/п Плотность, кг/м³ Класс по прочности Влажность, Не более, % Коэффициент теплопроводности, Вт/м·°С Марка по морозостойкости 1 500 В2.5 25-30 0.12 F 150 2 500 В2.5 25-30 0.12 F 150 3 500 В2.5 25-30 0.12 F 150

Согласно данным таблицы полученный теплоизоляционный бетон с плотностью 500 кг/м³ соответствует классу прочности В2.5, имеет влажность не более 25-30% и коэффициент теплопроводности 0.12 Вт/м·°С, что соответствует требованиям стандартов. При этом морозостойкость для всех трех составов соответствует марке F 150, а коэффициент паропроницаемости составляет 0.06 мг/м·ч·Па, что является очень высокими показателями.

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для изготовления теплоизоляционных ячеистых бетонов автоклавного твердения для гражданского и промышленного строительства. Ячеистый бетон автоклавного твердения изготовлен из сырьевой смеси, содержащей золу-унос ТЭЦ электрофильтрового отбора с содержанием SiO₂ 50-65%, Аl₂О₃ 18-30%, Fе₂О₃ 2-15%, СаО не более 10%, MgO не более 3% и SO₃ не более 2% и свободного СаО менее 1% и удельной поверхностью, соответствующей остатку на сите 008 не более 20%, цемент, известково-зольную смесь ИЗС с соотношением извести и золы 1:1, газообразователь на основе алюминиевой пудры и шлам, приготовленный из отходов производства ячеистого бетона, характеризующийся плотностью 1200-1500 кг/м³ и температурой 20-40°С, при следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент 24-27, указанная ИЗС 14-21, указанная зола-унос 34-40, указанный шлам 16-21, указанный газообразователь 0,07-0,09, а также сверх 100 мас.% воду в количестве, соответствующем водотвердому соотношению В/Т=0,6-0,7. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Ячеистый бетон автоклавного твердения, изготовленный из сырьевой смеси, содержащей золу, цемент, известково-зольную смесь, газообразователь на основе алюминиевой пудры и воду, отличающийся тем, что сырьевая смесь содержит в качестве золы золу-унос ТЭЦ электрофильтрового отбора, характеризующуюся содержанием SiO₂ 50-65%, Al₂O₃ 18-30%, Fе₂О₃ 2-15%, СаО не более 10%, MgO не более 3% и SO₃ не более 2% и свободного СаО менее 1% и удельной поверхностью, соответствующей остатку на сите 008 не более 20%, соотношение извести и золы в известково-зольной смеси составляет 1:1, при этом сырьевая смесь дополнительно содержит шлам, приготовленный из отходов производства ячеистого бетона, характеризующийся плотностью 1200-1500 кг/м³ и температурой 20-40°С, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
цемент 24-27 известково-зольная смесь (ИЗС) 14-21 зола-унос 34-40 указанный шлам 16-21 газообразователь 0,07-0,09

2. Ячеистый бетон по п.1, отличающийся тем, что известково-зольная смесь получена путем совместного помола дробленой извести и золы в шаровой мельнице до удельной поверхности 4000±200 см²/г.

3. Ячеистый бетон по п.1, отличающийся тем, что он получен путем формования с применением вибрационного воздействия на залитую в форму сырьевую смесь в течение 40 с, последующей выдержки в течение 120-180 мин в камерах предварительного твердения и автоклавной обработки в течение 12 ч при Т=190°С и давлении 12 бар.