ЛЕГКИЙ ФИБРОБЕТОН Российский патент 2013 года по МПК C04B38/08 

Изобретение относится к производству строительных материалов и изделий, в частности к легким бетонам для проведения работ по утеплению перекрытий и фасадов зданий и сооружений, а также изготовления декоративных изделий, применяемых для отделки (украшения) фасадов и интерьеров зданий.

Известна сырьевая смесь для производства легкого огнеупорного фибробетона, включающая алюминиевую пудру, ортофосфорную кислоту 60% концентрации, глиноземистый шлак, сернокислый шлам, вермикулит, фибровые волокна из проволоки «Хромель Т» при следующем соотношении компонентов, мас.%: алюминиевая пудра - 3-4, указанная ортофосфорная кислота - 24-26, глиноземистый шлак - 32,5-34,5, сернокислый шлам - 13-15, вермикулит фракции 0-5 мм - 18-26, фибровые волокна из проволоки «Хромель Т» диаметром 0,5 мм, длиной 30 мм - 1,5-2,5 (патент РФ №2361847). Данная сырьевая смесь после затвердевания может применяться в конструкциях теплотехнических сооружений, испытывающих помимо сжимающих значительные растягивающие напряжения.

Известен легкий бетон, включающий, мас.%: цемент - 25,4-30,9, зола-уноса - 6,2-13,1, микросфера - 35,3-41,1, вода - остальное (патент РФ №2154619). Данный легкий бетон обладает относительно невысокой прочностью и плотностью.

Известен легкий бетон, включающий цемент, полые микросферы, воду, кремнистую опал-кристобалитовую породу - опоку при следующем соотношении компонентов, мас.%; цемент - 24,9-29,3, указанная опока - 11,8-20,2, указанные микросферы - 29,8-35,1, вода - остальное (патент РФ №2289557). Введение опоки, осадочной породы биохимического генезиса вместо золы-уноса позволяет повысить плотность и прочность при сохранении теплопроводности бетона.

Известен легкий фибробетон, приготовленный из смеси, включающей портландцемент, микросферы, пластифицирующую добавку, стабилизирующую добавку - микрокремнезем, фиброволокно и воду (патент РФ №2036886 - прототип). Однако прототип имеет целый ряд существенных недостатков, устраняемых заявленной нами совокупностью существенных признаков: используемый в нем наполнитель (варианты наполнителей) имеет значительно большую плотность нежели применяемое заявителем гранулированное пеностекло, что позволяет нам получать бетон с довольно высокими плотностями, хотя и относящиеся по ГОСТу к классу легких; снижение плотности, судя по информации приведенной в примерах, достигается путем изменения водоцементного соотношения, иначе говоря путем увеличения содержания воды в бетонной смеси, что в свою очередь ведет к увеличению пористости конечной продукции, что при определенных условиях эксплуатации может дать низкую морозостойкость, чем ограничит сферу применения материала.

Заявленный нами материал обладает низкой плотностью за счет наполнителя имеющего закрытую пористую структуру не впитывающую влагу, что в свою очередь обеспечивает высокую морозостойкость конечной продукции; получаемые заявителем образцы бетона могут обладать довольно низкой плотностью (до 560 кг на 1 м³) без принудительной поризации либо вспенивания.

Известные легкие фибробетоны, при использовании которых для изготовления декоративных изделий, применяемых для украшения фасадов и интерьеров зданий, не обеспечивают гладкую лицевую поверхность деталей с минимальным содержанием раковин.

Задачей изобретения является создание легкого фибробетона для изготовления декоративных изделий, применяемых для украшения фасадов и интерьеров зданий, имеющего сопоставимую с обычным фибробетоном стоимость (исходя из расхода готовой смеси на единицу продукции), обладающего небольшими сроками изготовления, удобством монтажа, хорошими пластическими свойствами и обеспечивающего гладкую лицевую поверхность декоративных изделий. Кроме того, задачей изобретения является создание материала с низкой теплопроводностью, позволяющей применить его при проведении работ по утеплению фасадов зданий и сооружений, как в виде готовой смеси, так и виде готовых изделий (панели, блоки).

Согласно изобретению легкий фибробетон, приготовленный из смеси, включающей портландцемент в качестве вяжущего, микросферы, пластифицирующую добавку, стабилизирующую добавку - микрокремнезем, фиброволокно и воду, в качестве микросфер используют гранулированное пеностекло с размером фракций 0,1-5 мм, в качестве пластифицирующей добавки - суперпластификатор 4 поколения, в качестве микрокремнезема - микрокремнезем в уплотненном или неуплотненном виде, при следующем соотношении компонентов, об.%: портландцемент 10,0-22,0, гранулированное пеностекло 40,0-70,0, микрокремнезем в уплотненном или неуплотненном виде 0,5-3,0, суперпластификатор 4 поколения 0,1-0,3% от массы вяжущего, фиброволокно 0,5-4,0 г на 1 литр готовой смеси, вода - остальное.

Легкий фибробетон, приготовленный из смеси, которая дополнительно может содержать вторичный наполнитель - микрокальцит фракции от 5 до 100 мкм, или доломитовую муку, или сеянный морской песок.

Легкий фибробетон, приготовленный из смеси, в которой в качестве суперпластификатора 4 поколения используют поликарбоксилатный эфир Sika Viscocrete 105Р.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, совокупности признаков которых совпадают с совокупностью отличительных признаков заявленного изобретения.

Технический результат, достигаемый при реализации отличительных признаков изобретения, заключается в том, что заявленная композиция за счет использования микросфер, например, пеностекла, позволяет получить простой в применении, основанный на всем известном вяжущем (портландцементе) легкий, но достаточно прочный фибробетон, который не требует специальной инженерно-технической подготовки здания, что позволяет монтировать изготовленные на его основе элементы декора даже на стены обычных и дачных домов из бруса или пенобетона, либо на армированный утеплитель. Заявленный легкий фибробетон имеет сопоставимую с обычным фибробетоном стоимость, обладает небольшими сроками изготовления и удобством монтажа; он имеет хорошие пластические и теплоизолирующие свойства позволяющие применять его при утеплении перекрытий и фасадов зданий как путем заливки, либо нанесения непосредственно по месту, так и в виде готовых изделий (панелей блоков). Обладает огнестойкостью и незначительным водопоглощением, что позволяет использовать его для изготовления любых элементов декора, применяемых как на фасадах зданий, так и в помещениях с высокой влажностью.

Заявленный легкий фибробетон приготавливают следующим образом:

В емкость, используемую для приготовления бетона, засыпается готовая сухая смесь, потом добавляется вода из расчета 10-11 литров на 25 кг сухой смеси. Раствор перемешивается миксером на низких оборотах. Смесь перемешивается до получения однородной массы. Затем смесь отстаивается в течение 5 минут для насыщения пористой поверхности наполнителя влагой, после чего повторно перемешивается и заливается в форму. Точное время отстаивания определяется объемом единовременно приготовляемого раствора.

Плотность растворной смеси составляет 0,9 кг/м³. Раскрытие формы производится через 10-12 часов.

Высокие эксплуатационные характеристики заявленного бетона подтверждены исследованием конкретных примеров его реализации.

Смесь для приготовления исследуемых образцов бетона была изготовлена с использованием следующих компонентов, выпускаемых промышленностью:

- Портландцемент без минеральных добавок 1-го сорта марки 500 (ПЦБ-1-500-ДО) (ГОСТ 965-89, европейский стандарт EN 197-1:2000 СЕМ I 52.5N). Производства ОАО «Щуровский цемент»;

- Гранулированное пеностекло с размером фракций 0,1-5 мм (ТУ 5914-001-15068529-2006), является продуктом вспенивания измельченного силикатного стекла, химический состав: Na₂O - 12.9%, CaO - 11.6%, SiO₂ - 75.5%;

- Микрокремнезем конденсированный уплотненный, по ТУ 5743-048-02495332-96, представляет собой очень мелкие шарообразные частички аморфного кремнезема со средней удельной поверхностью около 20 кв. м/г. Химический состав микрокремнезема марки МКУ-85. %:

SiO₂ п.п.п. H₂O Na₂O K₂O CaO SiO 91,1 2,1 0,18 1,32 2 0,35 0,68

- Пространственно-армирующая добавка.

Фибра полипропиленовая (ТУ 5743-001-33181465-2006)

Длина волокна 6, 12, 19 мм, диаметр волокна до 12 микрон, форма сечения - круглая;

- Пластификатор Sika Viscocrete 105P - модифицированный поликарбоксилат, белый порошок. Предназначен для производства составов для растворов и сухих смесей из бетона. Sika Viscocrete - 105P способствует снижению чрезмерной воды, обладает превосходной текучестью с тем же временем оптимального сцепления и наивысшим самокомпактным поведением. Положительное воздействие на вышеуказанные применения оказывают свойства высокого снижения воды, превосходной текучести, совмещенные с хорошим ранним затвердеванием. Информация предоставлена поставщиком данного продукта на рынок РФ ООО «ETC» (www.utsrus.com);

- Мука доломитовая. Мука известняковая ГОСТ 14050-93;

- Микрокальцит фракции от 5 до 100 мкм: мрамор молотый фракционированный. ТУ 5716-001-12574404-2006;

- Сеяный морской песок: песок природный фракционированный по ГОСТ 8736-93. фракции 0-0,63 и 0,63-2,5 мм.

Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается известными и описанными в заявке средствами и методами, с помощью которых возможно осуществление изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения.

Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает изготовление декоративных элементов, предназначенных как для внутренней, так и внешней отделки зданий и сооружений (колонн, пилястр, рустов, карнизов, обрамлений оконных и дверных проемов, декоративных панно); проведения реставрационных работ, особенно в тех случаях, когда излишняя нагрузка объекта является нежелательной; декорирования утепленных фасадов современных зданий с установкой элементов декора без создания дополнительных несущих конструкций, а также утепления зданий и сооружений.

Для экспериментальной проверки заявляемого состава были изготовлены стандартные образцы с различным соотношением вышеперечисленных компонентов.

Легкий фибробетон эталонный (образец изготовлен в августе 2011 г.) Наименование компонента Об.% Цемент ПЦБ-1-500 ДО 22.0 Гранулированное пеностекло с размером фракций 0,1-5 мм 55,0 Микрокремнезем МКУ-85 2,0 Микрокальцит фракции от 5 до 100 мкм 11,0 Фиброволокно полипропиленовое, длина волокна 12 мм 0,5 г на 1 л готовой смеси Суперпластификатор Sika ViscoCrete 105P 0,1% от массы вяжущего Вода 10

Испытания образцов заявленного легкого фибробетона, проведенные Испытательным центром «СПбГАСУ» в сентябре 2011 года, показали следующее.

По объемной массе заявленный фибробетон бетон имеет плотность от 850 кг/м³ до 1000 кг/м³ и относится к классу легких.

Близкую плотность от 500 до 1800 кг/м³ имеют керамзитобетон, пенобетон, газобетон, арболит, вермикулитовый, перлитовый бетоны.

Морозостойкость - F200, что означает количество циклов замерзания-оттаивания, которые способен выдержать заявленный бетон.

Средняя прочность при сжатии - 12,2 МПа.

По удобоукладываемости, согласно ГОСТ 7473-94 «Смеси бетонные. Технические условия», заявленный фибробетон относится к классу подвижных (жесткость менее 4 секунд, подразделяются по осадке конуса).

По содержанию вяжущего вещества и заполнителей, бетон является товарным (с соотношением заполнителей и вяжущего вещества по стандартной рецептуре).

По степени готовности: в условиях производства бетонная смесь выпускается в готовом к употреблению виде, а для проведения работ на удаленных объектах бетонная смесь изготавливается в сухом виде (п.3.1. ГОСТ 7473-94 «Смеси бетонные. Технические условия»).

Для создания цветного бетона используется белый цемент марки ПЦ-500 Д0, позволяющий получить светлую готовую бетонную смесь, наиболее пригодную для введения колерующих добавок.

Легкий фибробетон конструкционно-теплоизоляционный (образец изготовлен 15 апреля 2013 г.) Наименование компонента Об.% Цемент ПЦБ-1-500 ДО 10,0 Гранулированное пеностекло с размером фракций 0,1-5 мм 63,0 Микрокремнезем МК-85 1,0 Сеяный морской песок 15,0 Фиброволокно полипропиленовое, длина волокна 12 мм 1 г на 1 л готовой смеси Суперпластификатор Sika ViscoCrete 105P 0,25% от массы вяжущего Вода 11

Легкий фибробетон конструкционный (образец изготовлен 16 апреля 2013 г.) Наименование компонента Об.% Цемент ПЦБ-1-500 ДО 22,0 Гранулированное пеностекло с размером фракций 0,1-5 мм 40,0 Микрокремнезем МКУ-85 3.0 Доломитовая мука 25,0 Фиброволокно полипропиленовое, длина волокна 12 мм 4 г на 1 л готовой смеси Суперпластификатор Sika ViscoCrete 105P 0,3% от массы вяжущего Вода 10

Легкий фибробетон архитектурный (образец изготовлен 17 апреля 2013 г.) Наименование компонента Об.% Цемент ПЦБ-1-500 ДО 16,0 Гранулированное пеностекло с размером фракций 0,1-5 мм 70,0 Микрокремнезем МК-85 0,5 Фиброволокно полипропиленовое, длина волокна 12 мм 0,5 г на 1 л готовой смеси Суперпластификатор Sika ViscoCrete 105P 0,3% от массы вяжущего Вода 13,5

Сравнение полученных технических результатов по отношению к прототипу

№ п/п Измеряемый параметр Методика испытаний Соотношения вода/цемент 0,51 0,22 0,47   Плотность в сухом состоянии, кг/м³ ГОСТ 12730.1-78 776 1289 1182   Предел прочности при сжатии в сухом состоянии, МПа ГОСТ 10180-90 3,1 13,1 8,6

Образцы изготовлялись следующим образом:

Предварительно смешивались компоненты в сухом состоянии (портландцемент, гранулированное пеностекло, микрокремнезем, микрокальцит или сеянный морской песок или доломитовая мука) в соответствующей пропорции. Для смешивания применялся бетоносмеситель принудительного действия типа «СКАУТ-200». Перемешивание сухой смеси осуществлялось в течение 1 минуты. Далее в смесь добавлялась вода затворения и осуществлялось их совместное перемешивание в течение 2 минут. Затем производились формовка и виброуплотнение смеси в форме с использованием вибростола в течение 30 секунд.

По результатам лабораторных испытаний следует, что заявленный материал обладает высокими потребительскими свойствами и может быть применен в различных областях строительной отрасли.

К настоящему моменту из легкого фибробетона производится архитектурный декор и конструкционно-теплоизоляционные панели, применяемые для финишной отделки фасадов зданий. Разрабатываются образцы шумоизоляционных панелей. Изучается возможность применения конструкционного легкого фибробетона в малоэтажном строительстве. Легкий фибробетон рассматривается КГИОП Санкт-Петербурга в качестве инновационного продукта, предназначенного для производства работ по реставрации либо воссозданию памятников архитектуры.

Изобретение относится к производству строительных материалов и изделий, в частности к легким бетонам, предназначенным для утепления перекрытий и фасадов зданий и сооружений, а также изготовления декоративных изделий, применяемых для украшения фасадов и интерьеров зданий. Легкий фибробетон, приготовленный из смеси, включающей, об.%: портландцемент 10,0-22,0, гранулированное пеностекло с размером фракций 0,1-5 мм 40,0-70,0, микрокремнезем в уплотненном или неуплотненном виде 0,5-3,0, суперпластификатор 4 поколения 0,1-0,3 % от массы вяжущего, фиброволокно 0,5-4,0 г. на 1 литр готовой смеси, вода - остальное. Легкий фибробетон, приготовленный из смеси, которая дополнительно содержит вторичный наполнитель - микрокальцит фракции от 5 до 100 мкм, или доломитовую муку, или сеяный морской песок. Легкий фибробетон, приготовленный из смеси, в которой в качестве суперпластификатора 4 поколения используют поликарбоксилатный эфир Sika Viscocrete 105P. Технический результат - получение изделий с гладкой лицевой поверхностью и низкой теплопроводностью. 2 з.п. ф-лы, 6 табл.

1. Легкий фибробетон, приготовленный из смеси, включающей портландцемент в качестве вяжущего, микросферы, пластифицирующую добавку, стабилизирующую добавку - микрокремнезем, фиброволокно и воду, отличающийся тем, что в качестве микросфер используют гранулированное пеностекло с размером фракций 0,1-5 мм, в качестве пластифицирующей добавки суперпластификатор 4 поколения, в качестве микрокремнезема микрокремнезем в уплотненном или неуплотненном виде при следующем соотношении компонентов, об.%:
портландцемент 10,0-22,0 гранулированное пеностекло 40,0-70,0 микрокремнезем в уплотненном или   неуплотненном виде 0,5-3,0 суперпластификатор 4 поколения 0,1-0,3% от массы вяжущего фиброволокно 0,5-4,0 г на 1 л   готовой смеси вода остальное

2. Легкий фибробетон по п.1, отличающийся тем, что смесь дополнительно содержит вторичный наполнитель, в качестве которого используют микрокальцит фракции от 5 до 100 мкм, или доломитовую муку, или сеяный морской песок.

3. Легкий фибробетон по п.1, отличающийся тем, что в качестве суперпластификатора 4 поколения используют поликарбоксилатный эфир Sika Viscocrete 105P.