СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПЕНОБЕТОНА, СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПЕНОБЕТОНА И ПЕНОБЕТОН Российский патент 2021 года по МПК C04B38/10 C04B40/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к промышленности строительных материалов – к производству ячеистых бетонов, в частности, пенобетона, применяемого для изготовления любых изделий из ячеистого бетона, более предпочтительно для мелких стеновых блоков производственных помещений, многоэтажных и индивидуальных жилых домов. Более конкретно, изобретение относится к способу приготовления пенобетона, к сырьевой смеси для приготовления пенобетона и к пенобетону, приготовленному из такой сырьевой смеси вышеупомянутым способом.

Уровень техники

Из патента Российской Федерации № 2471753 С1, опубликованного 10.01.2013, известны способ получения пенобетона и сырьевая смесь для получения пенобетона, включающая, мас.%: портландцемент 52,06-57,73, пенообразователь ПБ-2000 0,24-0,25, кварцевый песок 7,99-18,56, воду 23,96-24,75. Помимо вышеуказанных компонентов сырьевая смесь содержит жидкое натриевое стекло и молотый бой листового стекла. Согласно данному способу получения пенобетона кварцевый песок, молотый бой стекла и портландцемент смешивают в отдельной емкости. В другой емкости в течение 5 минут взбивают однородную пену из 4%-ного рабочего раствора пенообразователя ПБ-2000 с добавлением жидкого натриевого стекла. После приготовления пены в нее постепенно вводят смесь из сухих компонентов, продолжая постоянно перемешивать массу. После приготовления пенобетонной смеси ее заливают в предварительно смазанные маслом металлические формы и оставляют до затвердевания. Недостатком данного известного из уровня техники способа является невысокая прочность пенобетона в связи с отсутствием эффекта обжатия пор в его пористой структуре, а также в связи с отсутствием в сырьевой смеси смолы, имеющей соответствующие характеристики.

За прототип изобретения принят способ получения пенобетона и сырьевая смесь по патенту Российской Федерации 2377225 С1, МПК С04В 38/10, опубликованному 27.12.2009. Сырьевая смесь по прототипу содержит, мас.%: портландцемент 30,0-32,0, пенообразователь ПБ-2000 0,6-0,7, смолу древесную омыленную (СДО) 0,7-1,0 и воду 36,0-37,0. Помимо вышеуказанных компонентов сырьевая смесь содержит золу ТЭС и пыль кремнезема. Согласно прототипу в пеногенераторе взбивают пену из смеси смолы и пенообразователя (СДО и ПБ-2000) с водой. Смешение всех компонентов бетона происходит в шнековом смесителе, в который сначала подают сухие компоненты: цемент, золу ТЭС (фракции менее 0,14 мм), пыль кремнезема, а затем приготовленную пену. Из смесителя приготовленную смесь равномерно распределяют в предварительно смазанных маслом металлических формах и подают на тепловлажностную обработку, которую проводят по режиму 3+9+3 ч при температуре изотермической выдержки 90°С. Затем готовые изделия извлекают из форм и транспортируют на склад, где происходит "дозревание" материала. Недостатком способа, сырьевой смеси и пенобетона по прототипу является невысокая прочность пенобетона в связи с отсутствием в сырьевой смеси смолы, предназначенной для создания эффекта обжатия в нем поверхности пор. Используемая в сырьевой смеси по прототипу смола древесная омыленная не обеспечивает нужного эффекта в повышении прочности пенобетона, так как не обладает необходимыми для этого параметрами, приводящими к обжатию поверхности пор в пористой структуре пенобетона. Дополнительно к повышению прочности пенобетона использование смолы в пенообразователе может привести к положительным эффектам, важным для пенобетона – повышению коэффициента размягчения пенобетона и снижению его коэффициента теплопроводности.

Раскрытие изобретения

Технической задачей изобретения является получение нового способа приготовления пенобетона, получение новой сырьевой смеси для приготовления пенобетона (в том числе для изготовления конструкционных изделий) и получение нового пенобетона повышенной прочности, обладающего при этом улучшенными эксплуатационными показателями, оцениваемыми величинами коэффициентов размягчения и теплопроводности.

Технический результат заключается в повышении прочности и коэффициента размягчения при одновременном снижении коэффициента теплопроводности пенобетона (изделий), приготовленного заявленным способом, прежде всего за счет введения в заявленную смесь смолы совместно с пенообразователем, имеющей соответствующие показатели/характеристики для обеспечения заявленного эффекта за счет обжатия поверхности пор пористой структуры пенобетона при ее отверждении. При этом могут использоваться различные разновидности цемента: портландцемент (в том числе белый и цветной), шлакопортландцемент, глиноземистый цемент, пуццолановый цемент или специальные цементы, а также мелкий заполнитель и/или наполнители (кварцевый песок, золы ТЭС, пыль кремнеземистая и др.).

Для достижения вышеуказанного технического результата предложен способ приготовления пенобетона, согласно которому осуществляют следующие этапы:

− наливают в пеногенератор воду для приготовления пены, в которую добавляют пенообразователь (например, марки ПБ-Люкс по ТУ 2481-004-59586231-2005 Пенообразователь ПБ-Люкс. Технические условия) и водорастворимую смолу (например, карбамидоформальдегидную смолу марки КФ-Ж по ГОСТ 14231-88 Смолы карбамидоформальдегидные. Технические условия);

− перемешивают в пеногенераторе вышеуказанные компоненты до получения пены;

− перемешивают в бетоносмесителе цемент, мелкий заполнитель и/или наполнитель с водой для приготовления однородного раствора требуемой консистенции;

− подают в бетоносмеситель с раствором из пеногенератора пену и перемешивают их до получения однородной пенобетонной смеси с образованием пористой структуры.

Согласно настоящему изобретению в качестве пенообразователя могут использовать пенообразователь ПБ Люкс.

Согласно настоящему изобретению, в качестве мелкого заполнителя могут использовать кварцевый песок.

Согласно настоящему изобретению, перемешивание до получения однородной пенобетонной смеси могут осуществлять в течение 2-5 минут, готовую пенобетонную смесь могут укладывать в предварительно смазанные металлические формы, а полученные образцы пенобетона могут подвергать тепловлажностной обработке и/или выдерживать в нормальных условиях с последующим испытанием их предпочтительно в возрасте 28 суток.

Согласно настоящему изобретению, компоненты для приготовления пенобетона могут использовать в следующем соотношении, мас.%:

Портландцемент 48,5-49,44 Мелкий заполнитель 19,7-20,0 Пенообразователь (ПБ Люкс) 0,16-0,18 Карбамидоформальдегидная смола (КФ-Ж) 1,20-1,32 Вода для приготовления пены 9,8-10,0 Вода для приготовления цементного раствора 19,7-20,0

Согласно настоящему изобретению, поры пористой структуры пенобетона могут иметь диаметр не выше 2,0 мм, однородно распределены в его объеме и являются полифракционными.

Также для достижения вышеуказанного технического результата предложена сырьевая смесь для приготовления пенобетона, содержащая портландцемент, заполнитель на основе кварцевого песка, пенообразователь ПБ Люкс по ТУ 2481-004-59586231-2005, воду для приготовления цементного раствора и воду для приготовления пены, которая при этом дополнительно содержит карбамидоформальдегидную смолу марки КФ-Ж по ГОСТ 14231-88 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент 48,5-49,44 Мелкий заполнитель 19,7-20,0 Пенообразователь 0,16-0,18 Карбамидоформальдегидная смола (КФ-Ж) 1,20-1,32 Вода для приготовления пены 9,8-10,0 Вода для приготовления цементного раствора 19,7-20,0

Также для достижения вышеуказанного технического результата предложен пенобетон, приготовленный из вышеуказанной сырьевой смеси вышеуказанным способом.

Осуществление изобретения

Приготовление пенобетона производится в бетоносмесителе, по своим характеристикам приближенном к серийно выпускаемым промышленным установкам. Сначала в пеногенератор наливают воду для приготовления пены, пенообразователь, например ПБ Люкс по ТУ 2481-004-59586231-2005, и водорастворимую смолу, например карбамидоформальдегидную смолу марки КФ-Ж по ГОСТ 14231-88. Затем вышеуказанные компоненты перемешивают до получения пены с необходимыми характеристиками. Далее в бетоносмесителе перемешивают портландцемент с мелким заполнителем, например, с кварцевым песком, и водой для приготовления раствора до получения однородной растворной смеси. В бетоносмеситель с полученной растворной смесью подают пену из пеногенератора. Затем раствор и пену перемешивают, предпочтительно 2-5 минут, до получения однородной пенобетонной смеси с образованием пористой структуры.

Готовую пенобетонную смесь укладывают в предварительно смазанные металлические формы, имеющие, например, размеры 100×100×100 мм³. Отформованные в них образцы пенобетона подвергают тепловлажностной обработке и/или выдерживают в нормальных условиях с последующим испытанием их предпочтительно в возрасте 28 суток. Испытания готовых образцов пенобетона проводятся для определения прочности на сжатие по ГОСТ 12852.1-77 «Бетон ячеистый. Метод определения прочности на сжатие», коэффициента теплопроводности – по ГОСТ 7076-87 «Материалы и изделия строительные» и водостойкости – по величине коэффициента размягчения, равному отношению прочности на сжатие водонасыщенных образцов к прочности образцов в сухом состоянии.

Составы разработанной сырьевой смеси для приготовления пенобетона и свойства пенобетона, полученные на ее основе вышеуказанным способом, представлены в таблице 1.

Таблица 1

№
п/п Составы Расход материа-лов, мас.% Прочность при сжатии R_сж, МПа Коэффициент размягчения К_в, отн. ед. Коэффициент теплопро-водности λ, Вт/(м∙K) 1 Цемент (портландцемент)
Мелкий заполнитель (кварцевый песок)
Пенообразователь ПБ Люкс
Вода для приготовления пены
Вода для приготовления цементного раствора 50,0
19,0
0,20
11
19,8 1,5-1,8 0,6-0,7 0,09-0,10 2 Цемент (портландцемент)
Мелкий заполнитель (кварцевый песок)
Пенообразователь (ПБ Люкс)
Вода для приготовления пены
Вода для приготовления раствора
Смола (карбамидо-формальдегидная марки КФ-Ж) 49,44
19,7
0,16
9,8
19,7
1,20 2,9 0,81 0,05 3 Цемент (портландцемент)
Мелкий заполнитель (кварцевый песок)
Пенообразователь (ПБ Люкс)
Вода для приготовления пены
Вода для приготовления раствора
Смола (карбамидо-формальдегидная марки КФ-Ж) 48,5
20,0
0,18
10,0
20,0
1,32 2,6 0,81 0,06 4 Цемент (портландцемент)
Мелкий заполнитель (кварцевый песок)
Пенообразователь (ПБ Люкс)
Вода для приготовления пены
Вода для приготовления раствора
Смола (карбамидо-формальдегидная марки КФ-Ж) 49,3
19,84
0,16
9,8
19,7
1,20 2,8 0,82 0,05

Средняя плотность пенобетона в сухом состоянии составила 500-525 кг/м³.

В заявленном способе приготовления пенобетона формирование пористой (ячеистой) структуры происходит в условиях пониженного поверхностного натяжения растворов, обусловленных наличием в смесях ПАВ и карбамидоформальдегидной смолы КФ-Ж. Пониженное поверхностное натяжение, повышенная вязкость и механическая прочность этого слоя, отсутствие заметной разности давления в порах, динамические воздействия в процессе поризации смеси (перемешивание) обеспечивают выполнение одного из главных принципов термодинамической устойчивости системы – создание наименьших поверхностей на границе раздела «газ - дисперсионная среда». Поэтому в материалах, полученных заявленным способом (способом пенообразования), пористая структура лучше, чем в материалах, полученных газовым вспучиванием: поры имеют меньший размер (не выше 2,0 мм) и однородно распределены в объёме изделия, отсутствуют сквозные поры и трещины на межпоровых перегородках, а внутренняя поверхность пор гладкая, плотная, покрытая обжимающей ее полимерной пленкой. Последнее обстоятельство существенно снижает уровень растягивающих напряжений на контуре поры при нагружении пенобетона, что обеспечивает получение изделий с повышенной прочностью. Пенный способ поризации имеет возможность направленного регулирования объёма пористости и характеристик пористой структуры материала, в частности, создания полифракционных пор. Достигается это регулированием содержания ПАВ и карбамидоформальдегидной смолы КФ-Ж в смеси (растворе) и гидродинамических условий перемешивания (например, изменением скорости вращения смесительного вала, площади поверхностей лопастей смесителя и её формы, применением мешалок с несколькими смесительными валами, вращающимися с различной скоростью).

Как видно из таблицы 1, оптимальными составами являются составы № 2 - 4. Из таблицы 1 следует, что прочность и водостойкость, характеризуемая коэффициентом размягчения, полученного из сырьевой пенобетонной смеси, приготовленной по заявляемому изобретению, существенно выше, чем у прототипа, переводя пенобетон из неводостойкого (состав 1) в водостойкий материал (составы 2 - 4) с коэффициентом размягчение выше 0,8. При этом получено низкое значение коэффициента теплопроводности, а пенобетон по физико-техническим показателям удовлетворяет требованиям ГОСТ 25485-89 «Бетоны ячеистые. Технические условия», переводя пенобетон марки D500 из теплоизоляционного (состав 1) в конструкционно-теплоизоляционный (составы 2 - 4) с более высокими эксплуатационными свойствами.

Группа изобретений относится к промышленности строительных материалов – к производству ячеистых бетонов, в частности пенобетона, применяемого для любых изделий, более предпочтительно для мелких стеновых блоков производственных помещений, многоэтажных и индивидуальных жилых домов. Способ приготовления пенобетона включает следующие этапы: подачу в пеногенератор воды для приготовления пены, пенообразователя ПБ-Люкс и карбамидоформальдегидной смолы КФ-Ж; перемешивание в пеногенераторе вышеуказанных компонентов до получения пены; перемешивание в бетоносмесителе портландцемента, мелкого заполнителя – кварцевого песка и воды для приготовления однородного раствора требуемой консистенции; подачу в бетоносмеситель с цементным раствором из пеногенератора пены и перемешивание в течение 2-5 минут до получения однородной пенобетонной смеси с образованием пористой структуры; укладку пенобетонной смеси в предварительно смазанные металлические формы; тепловлажностную обработку и/или выдержку в нормальных условиях, при этом компоненты для приготовления пенобетонной смеси используют в следующем соотношении, мас.%: портландцемент 48,5-49,44; мелкий заполнитель – кварцевый песок 19,7-20,0; пенообразователь ПБ-Люкс 0,16-0,18; карбамидоформальдегидная смола КФ-Ж 1,20-1,32; вода для приготовления пены 9,8-10,0; вода для приготовления цементного раствора 19,7-20,0. Сырьевая смесь для пенобетона, приготовленная вышеуказанным способом. Пенобетон, приготовленный указанным выше способом из указанной выше сырьевой смеси. Группа изобретений развита в зависимых пунктах формулы изобретения. Технический результат – повышение прочности и коэффициента размягчения при одновременном снижении коэффициента теплопроводности пенобетона. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ приготовления пенобетона, согласно которому осуществляют следующие этапы:

− наливают в пеногенератор воду для приготовления пены, пенообразователь ПБ-Люкс и карбамидоформальдегидную смолу КФ-Ж;

− перемешивают в пеногенераторе вышеуказанные компоненты до получения пены;

− перемешивают в бетоносмесителе портландцемент, мелкий заполнитель – кварцевый песок и воду для приготовления однородного раствора требуемой консистенции;

− подают в бетоносмеситель с цементным раствором из пеногенератора пену и осуществляют перемешивание в течение 2-5 минут до получения однородной пенобетонной смеси с образованием пористой структуры;

– готовую пенобетонную смесь укладывают в предварительно смазанные металлические формы;

– полученные образцы пенобетона подвергают тепловлажностной обработке и/или выдерживают в нормальных условиях, при этом компоненты для приготовления пенобетонной смеси используют в следующем соотношении, мас.%:

Портландцемент 48,5-49,44 Мелкий заполнитель – кварцевый песок 19,7-20,0 Пенообразователь ПБ-Люкс 0,16-0,18 Карбамидоформальдегидная смола КФ-Ж 1,20-1,32 Вода для приготовления пены 9,8-10,0 Вода для приготовления цементного раствора 19,7-20,0

2. Способ по п. 1, в котором поры пористой структуры имеют диаметр не выше 2,0 мм, однородно распределены в объеме пенобетона и являются полифракционными.

3. Сырьевая смесь для приготовления пенобетона, содержащая портландцемент, мелкий заполнитель, пенообразователь, воду для приготовления пены и воду для приготовления цементного раствора, отличающаяся тем, что в качестве мелкого заполнителя содержит кварцевый песок, в качестве пенообразователя – пенообразователь ПБ-Люкс и дополнительно карбамидоформальдегидную смолу КФ-Ж при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент 48,5-49,44 Мелкий заполнитель – кварцевый песок 19,7-20,0 Пенообразователь ПБ-Люкс 0,16-0,18 Карбамидоформальдегидная смола КФ-Ж 1,20-1,32 Вода для приготовления пены 9,8-10,0 Вода для приготовления цементного раствора 19,7-20,0

4. Пенобетон, приготовленный из сырьевой смеси по п. 3 способом по любому из пп. 1, 2.

5. Пенобетон по п. 4, в котором поры пористой структуры имеют диаметр не выше 2,0 мм, однородно распределены в объеме пенобетона и являются полифракционными.