ЯЧЕИСТЫЙ БЕТОН НА ОСНОВЕ КЕРАМИЧЕСКОЙ БЕЗОБЖИГОВОЙ КОМПОЗИЦИИ Российский патент 2012 года по МПК C04B28/00 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к составам для получения керамического композиционного материала, и может быть использовано для производства теплоизоляционного ячеистого бетона при изготовлении из этого материала стеновых блоков, плит, панелей и др., предназначенных для применения в жилищном, промышленном и гражданском строительстве.

Известно вяжущее для изготовления безобжиговых строительных материалов (см. а/с СССР №245629, кл. МКИ С04В 7/153, бюл. №19, 04.06.1969), включающее молотый доменный шлак, каолиновую глину и несиликатные соединения щелочных металлов, дающих в водных растворах щелочную реакцию.

Известен ячеистый бетон (см. а/с СССР №214367, кл. МКИ С04В 23/06, бюл. №11, 20.03.1968) на вяжущем, включающем молотый доменный шлак, каолиновую глину и несиликатные соединения щелочных металлов.

Недостатками данного вяжущего и ячеистого бетона на его основе являются низкая прочность, водостойкость и высокая хрупкость получаемых материалов.

Последующее развитие науки и опыта применения этих вяжущих, названных шлакощелочными вяжущими (см. Глуховский В.Д. и др. «Шлакощелочные цементы и бетоны», Киев, Будивельник, 1978), возникновение химии неорганических полимеров (см. Толстогузов В.Б. «Неорганические полимеры», М., Наука, 1967 г. и Сычев М.М. «Неорганические клеи». Л., Химия, 1986 г.) привели к пониманию условий создания совершенно новых материалов, подобных природным алюмосиликатам и цеолитам, обладающих высокими физико-механическими свойствами.

Известен ячеистый жаростойкий бетон по способу получения ячеистого жаростойкого бетона (см. патент RU №2103239, кл. МКИ С04В 38/02, бюл. №3, 27.01.1998), содержащий компоненты в следующем соотношении, мас.ч.:

Ферросилиций 60-125 Алюмосиликат 100 Жидкое стекло 80-125 Фторосодержащий компонент 10-20 Едкий натр 10-20 Мелкий заполнитель 125-130

К недостаткам известного ячеистого жаростойкого бетона следует отнести разброс показателей по плотности и прочности материала, особенно для особо легкого бетона, что обуславливается выбранной технологией вспучивания формовочной смеси из-за наличия пристеночного эффекта, перепада плотности по высоте и возможных колебаний температуры в объеме изделия.

Известны гидравлическая композиция и высокопрочный композитный материал по способу получения высокопрочного композитного материал (см. патент RU №2051135, кл. МКИ С04В 28/08, бюл. №36, 27.12.1995), содержащая компоненты в следующем соотношении, мас.ч.:

Молотый доменный шлак 100 Щелочной компонент (гидроксид натрия, гидроксид калия,   карбонат натрия, карбонат калия, силикат натрия,   метасиликат натрия) 0,1-5,0 Водорастворимый полимер (поли(мет)акриламид,   сополимер(мет)акриловой кислоты и (мет)акриламида,   частично гидролизованный поливинилацетат,   карбоксиметилцеллюлоза, гидроксипропилметилцеллюлоза,   натриевый поли(мет)акрилат с мол./м более 10000 1-15 Вода 5-30 Мелкий заполнитель (дымчатый кварц, оксид титана,   карбонат натрия, глина, тонкоизмельченный   кварцевый песок) 2-50

Недостатками известной гидравлической композиции высокопрочного композитного материала являются:

- большой разброс прочностных показателей (Р_сж=68-990 кг/кв.см) и показателей по водостойкости (коэф. размяг.=0,2-0,89);

- низкая водостойкость материала в более чем 80% составов из-за применения неводостойких полимеров;

- большой расход полимерных добавок в составах (до 15%), делающих затвердевший материал горючим, т.к. допускается по нормам не более 4%;

- повышенное содержание в выбранном шлаке СаО=42,2% и MgO=6,4% может приводить в определенных условиях к большим деформациям в твердеющем бетоне и деструктивным процессам.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому объекту, выбранным в качестве прототипа, является шлакощелочной ячеистый бетон (см. патент RU №2123484, кл. МКИ С04В 28/08, бюл. №35, 30.12.1998), включающий молотый доменный гранулированный шлак, низкомодульное жидкое стекло, порообразователь и дисперсно-армирующий материал, содержащая компоненты в следующем соотношении, мас.ч.:

Молотый доменный гранулированный шлак 100 Низкомодульное жидкое стекло 46,7-60,6 Пенообразователь 0,3-1,0 Дисперсно-армирующий материал 0,6

Недостатками известного шлакощелочного ячеистого бетона являются большие (до 6 часов) сроки затвердевания и высокая хрупкость материала.

Задачей изобретения является создание на основе керамического безобжигового композиционного материала вспененного ячеистого конструкционно-теплоизоляционного и особо легкого (плотностью 150-300 кг/куб.м) теплоизоляционного бетона, обладающего хорошей формуемостью, быстрым затвердеванием и набором прочности, высокими прочностными свойствами, водостойкостью и морозостойкостью, низким водопоглощением, отсутствием хрупкости и эффективными теплофизическими свойствами.

Данные задачи решаются согласно изобретению тем, что ячеистый бетон на основе керамической безобжиговой композиции, полученной смещением формовочной смеси, включающей щелочной компонент, минеральное связующее, дисперсно-армирующее волокно и воду, дисперсно-армирующее волокно содержит в качестве минерального связующего метакаолин и аморфный кремнезем, в качестве щелочного компонента - низкомодульное жидкое стекло и кремнефтористый натрий в качестве его отвердителя, в качестве полимерного связующего эмульсию акрилового сополимера эфира метакриловой кислоты и стирола с инициатором отверждения, и дополнительно вводятся гипсовое вяжущее в качестве ускорителя твердения пенобетона в начальные сроки, суперпластификатор в качестве отвердителя полимерного связующего, синтетический пенообразователь и полигидроксилаксановый гидрофобизатор, при этом ячеистый бетон содержит компоненты в следующем соотношении, мас.ч.:

Метакаолин 100 Аморфный кремнезем 10-20 Низкомодулъное жидкое стекло 100-130 Кремнефтористый натрий 15-30 Сополимер эфира метакриловой   кислоты и стирола 3-6 Суперпластификатор на основе   нафталинсульфокислоты и формальдегида 0,3-1,0 Гипсовое вяжущее 3-7 Синтетический пенообразователь 2-3 Гидрофобизатор 0,5-2,5 Стеклянные (базальтовые) волокна 0,3-0,5 Вода 20-50,

в смеси метакаолина, аморфного кремнезема и жидкого стекла стехиометрическое соотношение содержания основных окислов и воды Аl₂О₃:SiO₂:Na₂O:Н₂O выдерживается как 1:(2,1-4,5):(0,6-1,2):(3-7), а содержание окислов СаО и MgO в составе исходных компонентов не должно превышать 15%, и ячеистый бетон на основе керамической безобжиговой композиции содержит в качестве эмульсии акрилового сополимера сополимер эфира метакриловой кислоты и стирола, получаемый эмульсионным способом, «Акрэмос-512», в качестве инициатора отверждения акрилового сополимера и пластификатора формовочной смеси суперпластификатор на основе нафталинсульфокислоты и формальдегида «С-3», синтетический пенообразователь «Пионер-156», в качестве дисперсно-армирующего волокна стеклянные (базальтовые) волокна длиной 6 мм - 70% и длиной 12 мм - 30%.

Сущность изобретения состоит в том, что указанные признаки являются существенными вследствие получения новых технических, эксплуатационных и экономических эффектов.

Так, заявленное техническое решение в отличие от известных предлагает новый элементный состав формовочной смеси, в котором используется акриловый сополимер с отверждающим его инициатором отверждения, в результате отвержденный, в т.ч. при комнатной температуре, материал приобретает высокую эластичность, прочность и водостойкость. Кроме того, при введении в рецептуру формовочной смеси ячеистого бетона выбранного акрилового сополимера вспененная формовочная смесь гидрофобизируется, что исключает оседание формовочной смеси, а структура отвержденного материала гидрофобизируется в объеме. Поддержание в смеси метакаолина, аморфного кремнезема и жидкого стекла стехиометрического соотношения содержания основных окислов и воды Аl₂О₃:SiO₂:Na₂O:H₂O в пределах 1:(2,1-4,5):(0,6-1,2):(3-7) обеспечивает получение высоких показателей материала по прочности и его водостойкости.

Таким образом, отличительными признаками заявленного состава являются новая рецептура керамической безобжиговой композиции с указанным стехиометрическим соотношением содержания основных окислов и воды в смеси метакаолина, аморфного кремнезема и жидкого стекла, использование акриловых сополимеров в производстве стройматериалов с отверждающими их инициаторами отверждения, введение в состав ячеистого бетона синтетического пенообразователя и гидрофобизатора.

Заявителю не известен состав для получения ячеистого бетона на основе керамического безобжигового композиционного материала с указанной совокупностью существенных признаков и заявленная совокупность существенных признаков не вытекает явным образом из современного уровня техники, что подтверждает соответствие заявляемого изобретения критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Предлагаемое изобретение поясняется примерами его выполнения, где в таблице 1 приведены составы формовочной смеси ячеистого бетона, а результаты физико-механических испытаний образцов, приготовленных из этих смесей, представлены в таблице 2.

Таблица 1 Составы смесей ячеистого бетона Наименование компонентов Соотношение компонентов в примерах, мас.ч. 1 2 3 Прототип Доменный шлак - - - 100 Метакаолин 100 100 100 - Ферросилиций - - 10 - Трепел 10 7- - - Гипсовое вяжущее 5 3 - - Жидкое стекло 60 100 90 46,7-60,6 Кремнефтористый натрий 12 20 18 - Акриловый сополимер 5 3 6 - Суперпластификатор 1,0 0,5 0,8 - Дисперсное волокно 0,5 0,3 0,5 0,6 Пенообразователь 2,0 2,5 3,0 0,2-1,0 Гидрофобизатор - - 1,0 - Вода 40 35 45 -         -

Таблица 2 Физико-механические свойства ячеистого бетона Наименование показателей Значения показателей в примерах 1 2 3 Прототип Плотность, кг/куб, м 320 430 290 150-400 Прочность при сжатии         в возрасте 28 сут., МПа 1,93 2,25 1,74 0,38-1,6 Потеря прочности при водонасыщении, % 16,7 14 8,1 - Коэф. теплопроводности, Вт/м°С 0,08 0,092 0,076 0,07-0,1 Водопоглощение, % 62 54,1 7,3 - Морозостойкость, цикл 35 35 35 -

Формовочную смесь ячеистого бетона готовят в смесителе роторного типа или по технологии раздельного приготовления пены и метакаолинового теста с последующим их смешиванием. Заформованные изделия могут твердеть на воздухе с обеспечением их защиты от высыхания в первые 8-10 суток или для ускорения процесса твердения подвергаться тепловой обработке при температуре до 100°С.

Использование изобретения в рамках предложенной рецептуры позволит получать удобоукладываемые формовочные пенобетонные смеси, обладающие быстрым затвердеванием и набором прочности, а затвердевший пенобетон - с повышенными физико-механическими свойствами, морозостойкостью и водостойкостью, отсутствием хрупкости, что обеспечивает получение плотных и прочных пенобетонов с эффективными теплофизическими характеристиками.

Ячеистый бетон на основе керамической безобжиговой композиции содержит, мас.ч.: метакаолин - 100, аморфный кремнезем - 10-20, низкомодульное жидкое стекло - 100-130, кремнефтористый натрий - 15-30, сополимер эфира метакриловой кислоты и стирола - 3-6, суперпластификатор на основе нафталинсульфокислоты и формальдегида - 0,3-1,0, гипсовое вяжущее - 3-7, синтетический пенообразователь - 2-3, гидрофобизатор - 0,5-2,5, стеклянные (базальтовые) волокна - 0,3-0,5, вода - 20-50. Технический результат: повышение удобоукладываемости формовочных смесей, обладающих быстрым затвердеванием и набором прочности, повышение физико-механических свойств получаемого материала: морозостойкости и водостойкости, снижение хрупкости, при получении плотных и прочных декоративно-облицовочных изделий с качественной лицевой поверхностью для облицовки фасадов и блоков из особо легкого (плотностью 150-300 кг/куб.м) теплоизоляционного бетона с эффективными теплофизическими характеристиками. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Ячеистый бетон на основе керамической безобжиговой композиции, полученной смешением формовочной смеси, включающей щелочной компонент, минеральное связующее, дисперсно-армирующее волокно и воду, отличающийся тем, что содержит в качестве минерального связующего метакаолин и аморфный кремнезем, в качестве щелочного компонента низкомодульное жидкое стекло и кремнефтористый натрий в качестве его отвердителя, в качестве полимерного связующего эмульсию акрилового сополимера эфира метакриловой кислоты и стирола с инициатором отверждения, и дополнительно вводятся гипсовое вяжущее в качестве ускорителя твердения пенобетона в начальные сроки, суперпластификатор в качестве отвердителя полимерного связующего, синтетический пенообразователь и полигидросилоксановый гидрофобизатор, при этом ячеистый бетон содержит компоненты в следующем соотношении, мас.ч.:
метакаолин 100 аморфный кремнезем 10-20 низкомодульное жидкое стекло 100-130 кремнефтористый натрий 15-30 сополимер эфира метакриловой кислоты и стирола 3-6 суперпластификатор на основе 0,3-1,0 нафталинсульфокислоты и формальдегида   гипсовое вяжущее 3-7 синтетический пенообразователь 2-3 гидрофобизатор 0,5-2,5 стеклянные (базальтовые) волокна 0,3-0,5 вода 20-50

в смеси метакаолина, аморфного кремнезема и жидкого стекла стехиометрическое соотношение содержания основных окислов и воды Аl₂О₃:SiO₂:Na₂O:H₂О выдерживается как 1:(2,1-4,5):(0,6-1,2):(3-7).

2. Ячеистый бетон на основе керамической безобжиговой композиции по п.1, отличающийся тем, что содержит в качестве эмульсии акрилового сополимера сополимер эфира метакриловой кислоты и стирола, получаемый эмульсионным способом, «Акрэмос-512», в качестве инициатора отверждения акрилового сополимера и пластификатора формовочной смеси суперпластификатор на основе нафталинсульфокислоты и формальдегида «С-3», синтетический пенообразователь «Пионер-156», в качестве дисперсно-армирующего волокна - стеклянные (базальтовые) волокна длиной 6 мм - 70% и длиной 12 мм - 30%.