Формовочная смесь для приготовления пенобетонов Российский патент 2023 года по МПК C04B28/04 C04B38/00 C04B38/10 C04B111/20 

Заявляемая формовочная смесь относится к производству пенобетонов с использованием пенообразователей, которые могут быть использованы при производстве строительных материалов для промышленного и гражданского строительства, в частности для производства конструкционных элементов строений: плит и блоков различного назначения и теплоизоляционных элементов, а также в технологии монолитного домостроения.

Известна формовочная смесь для приготовления пенобетона, включающая портландцемент, заполнитель, наполнитель, пенообразователь, модифицирующую добавку и воду, и содержащая в качестве заполнителя - кварцевый песок, в качестве наполнителя - молотую опоку с удельной поверхностью 3700 см²/г, в качестве пенообразователя - алкилсульфаты первичных жирных спиртов, в качестве модифицирующей добавки - добавку на основе конденсированных фенолов при следующем содержании компонентов, мас.%: портландцемент 36,74-43,94, кварцевый песок 18,75-19,1, указанная опока 0-6,37, указанный пенообразователь 0,065-0,067, указанная добавка 0,022-0,023, вода - остальное. Использование изобретения позволяет получать пенобетонные изделия неавтоклавного твердения из местного недефицитного сырья с улучшенными физико-механическими свойствами (1) (Патент на изобретение RU № 2279415, кл. С04В 38/10, опубл. 10.07.2006 г.).

Недостатком известной смеси является использование в качестве наполнителя молотой опоки с удельной поверхностью 3700 см²/г, что привязывает получение пенобетона к местной сырьевой базе и значительно снижает возможность ее использования. При использовании в качестве наполнителя других составляющих с минеральными частицами более крупных фракций нарушается равномерность пористой структуры смеси - крупные частицы проникают внутрь пор, тем самым нарушая их сферическую форму и утончая капиллярно-пористые перегородки материала, что приводит к увеличению плотности пенобетона и уменьшению прочности.

Известна также сырьевая смесь для приготовления пенобетона неавтоклавного твердения, применяемого для мелких стеновых блоков производственных помещений и индивидуальных жилых домов. Сырьевая смесь для приготовления пенобетона, включающая портландцемент, кремнеземистый заполнитель - песок, пенообразователь, регулятор твердения, содержащий хлорид кальция, и воду, в качестве пенообразователя содержит водный раствор пеноконцентрата, а в качестве регулятора твердения - минерализованные промстоки металлургического производства, содержащие хлориды кальция и натрия при их соотношении 1,5 : 1,0 - 2,0 : 1,0, при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 41-62; указанный заполнитель 13-36; указанный пенообразователь 0,09-0,3; указанные минерализованные промстоки 0,82-1,86; вода – остальное. Минерализованные промстоки металлургического производства являются регулятором и ускорителем твердения пенобетона, а также играют роль стабилизатора технической пены, получаемой на основе синтетических пенообразователей. Минерализованные промстоки представляют собой концентрированный раствор хлористых солей кальция и натрия, получаемый в результате нейтрализации промстоков металлургического производства известковым молоком с последующим упариванием до концентрации хлоридов 7,8-17,2%. По техническим показателям стоки должны удовлетворять требованиям ТУ 2152-2152-003-05055017-2002 (2) (Патент на изобретение RU № 2233917, кл. С04В 38/10, опубликовано 10.08.2004 г.).

Недостатком данной сырьевой смеси является сложность технологии обработки промстоков металлургического производства, что удорожает стоимость конечного продукта – пенобетона. При этом, привязанность технологии получения минерализованных промстоков к металлургическим производствам обуславливает ограниченность территории использования известной сырьевой смеси.

Известна формовочная смесь для изготовления пенобетонов, которая содержит, мас.%: портландцемент 30,0-35,4; микронаполнитель - химически чистый мел 8,4-11,0; заполнитель - кварцевый песок карьерный 14,0-29,3; пенообразователь "Унипор" 0,5-0,7; вода - остальное. Используемый в формовочной смеси пенообразователь "Унипор" представляет собой концентрат поверхностно-активных веществ на протеиновой основе, и является экологически чистым, химически нейтральным продуктом, не содержащим хлориды. (ТУ 653 РК 15259714 ТОО 03-98, ГОСТ 25485-89, ГОСТ 21520-89).

Кроме того, твердые частицы химически чистого мела и карьерного кварцевого песка будут создавать жесткий каркас, что так же повышает стойкость пенобетонной смеси, способствует снижению ее усадки, повышению прочности пенобетона (3) (Патент на изобретение RU № 2199507, кл. МКИ С04В 38/10, опубликовано 27.02.2003 г.).

Недостатком известной формовочной смеси является использование химически чистого мела, имеющего высокую удельную поверхность частиц - более 8000 см²/г, и карьерного кварцевого песка с очень неравномерным составом, непредсказуемо влияющими на среднюю плотность пенобетона и прочность на сжатие – физико-механические показатели, определяющие назначение приготавливаемого пенобетона. Частицы химически чистого мела имеют положительный электрический заряд поверхности, и, располагаясь в пленках пены, при сближении на расстояние, менее 10^-6 м, за счет электростатического отталкивания, будут стремиться растянуть пленку пены и уменьшить ее толщину, снижая устойчивость пены в смеси.

Наиболее близкими по составу к заявляемой формовочной смеси являются пенобетоны неавтоклавного твердения, использующие сырьевую смесь, включающую кремнеземистый компонент, портландцемент, пенообразователь и воду. Формовочная смесь содержит в качестве кремнеземистого компонента золу-унос от сжигания бурых углей Канско-Ачинского бассейна (Ирша-Бородинское, Назаровское, Березовское месторождения), в качестве пенообразователя - моющее средство "Тайга", являющееся разновидностью поверхностно-активных веществ, стабилизированное жидким стеклом на основе микрокремнезема, при следующем соотношении компонентов, мас.%: зола-унос 35,6-36,5, портландцемент 10,3-11,84, указанный микрокремнезем 3,32-3,4, гипс 1,8-1,82, моющее средство "Тайга" 0,06-0,07, указанный пенообразователь 2,12-2,37, вода 45,0-45,8. Для приготовления пенообразователя методом барботирования в мешалку вводится вода и моющее средство "Тайга", перемешивается в течение 3-4 мин, затем вводится жидкое стекло и после перемешивания пенообразователь готов. Жидкое стекло используется в качестве стабилизатора при следующем соотношении компонентов, мас.%: моющее средство "Тайга" 9,9-10,3, жидкое стекло 1,01-1,03, вода 88,67-89,1.

Пена, полученная методом барботирования, стабилизированная жидким стеклом, имеет следующие характеристики: стабильность пены 30 мин, кратность 28 (4) (Патент RU № 2247097, кл. С04В 38/10, опубликовано 27.02.2005 г.).

Способ приготовления пенобетона из вышеназванной сырьевой смеси включает приготовление сырьевой смеси, формование, тепловлажностную обработку (ТВО) материала, при этом поризация материала происходит в две стадии: на первой стадии сухие компоненты затворяют водным раствором воздухововлекающей добавки - моющим средством "Тайга" и перемешивают в быстроходном смесителе 2-3 мин, на второй стадии пену, полученную методом барботирования, перемешивают с поризованной минеральной суспензией.

Недостатком указанной формовочной смеси является сложность технологии приготовления, включающей тепловлажностную обработку материала и проведение его поризации в две стадии, что не гарантирует стабильности качества сырьевой смеси в различных партиях, потому что операции вспенивания полученных композиций идут и при промежуточных процессах перемешивания, что не гарантирует качество конечного продукта. Кроме того, большое содержание в затворяемой смеси кремнеземистого материала в виде золы - уноса от сжигания бурых углей определенных месторождений обуславливает локальную привязанность технологии и сужает территориальную зону использования сырьевой смеси и конечного продукта из нее.

Технической задачей при создании формовочной смеси для приготовления пенобетонов являлось получение бетонов неавтоклавного твердения конструкционного и конструкционно-теплоизоляционного назначения упрощенного состава с высокими физико-техническими свойствами.

Техническим результатом создания заявляемой формовочной смеси для приготовления пенобетонов неавтоклавного твердения является получение пенобетонов упрощенного состава конструкционного и конструкционно-теплоизоляционного назначения с высокой прочностью на сжатие и низкой теплопроводностью, соответствующей теплопроводности легких теплоизоляционных пенобетонов.

Указанный технический результат достигается тем, что в формовочной смеси для приготовления пенобетона, включающей портландцемент, воду, стабилизированный порообразователь в виде поверхностно-активных веществ ПАВ с водой, согласно изобретению, формовочная смесь дополнительно содержит песок, а в смесь порообразователя с водой и стабилизатором введен аргон, при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%: портландцемент 15-50, песок 5-70, вспененная аргоном стабилизированная смесь ПАВ 1,2-5,0, вода - остальное, при расходе аргона для вспенивания порообразователя 1 м³ газа на указанный объем технической пены. В качестве ПАВ используют смесь синтетических ПАВ, стабилизированную жидким стеклом при следующем соотношении компонентов, мас.%: ПАВ 2-8, жидкое стекло 10-90, вода - остальное. В качестве ПАВ используют протеиновые ПАВ, стабилизированные железным купоросом при следующем соотношении компонентов, мас.%: протеиновые ПАВ 0,5-1,0, железный купорос 15-30, вода - остальное.

Признаками, отличающими заявляемую формовочную смесь от прототипа и обуславливающим получение указанного технического результата, является:

- введение в формовочную смесь песка;

- введение в формовочную смесь технической пены, полученной из порообразователя с водой и стабилизатором, вспененной аргоном при указанном его расходе.

Использование аргона в качестве заполняющего формовочную смесь газового компонента, образующего в сырьевой смеси замкнутые пустотные микрокамеры, позволяет значительно упростить приготовление формовочной смеси для пенобетона неавтоклавного твердения. Аргон значительно повышает устойчивость технической пены, используемой для приготовления формовочной смеси, увеличивая соотношение между объемом пустотности к объему твердой фазы, что позволяет повысить теплостойкость конечных материалов, изготавливаемых из формовочной смеси, и приблизить коэффициент теплопроводности производимых конструкционных и конструкционно-теплоизоляционных материалов к теплопроводности теплоизоляционных строительных изделий. Это подтверждается и результатами испытаний образцов пенобетонов различного назначения, проведенных по методике испытаний по ГОСТ 7076-99. «Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме». Результаты испытаний приведены в Таблице 1.

При этом введенная в затворяемый песчано-цементный раствор техническая пена с аргоном за счет исключения взаимодействия компонентов сырьевой смеси и порообразователя предотвращает возможные химические реакции, обусловленные наличием в цементе, песке и воде примесями и протекающие при наличии кислорода, что повышает качество формовочной смеси, обеспечивая стабильность ее состава.

Кроме того, использование аргона в создании формовочной смеси не препятствует использованию в ее составе минеральных или органических добавок, регулирующих свойства получаемых бетонов и определяемых ГОСТ 24211-2008.

По результатам испытаний коэффициента теплопроводности образцов бетонов различной плотности, определяющей их назначение, установлено, что пенобетоны с заполнением аргоном обладают пониженной теплопроводностью по сравнению с нормативными показателями.

Приготовление формовочной смеси различного назначения производят следующим образом:

Для получения 1 куб.м. теплоизоляционного пенобетона средней плотности Д300 - Д400 смешивают 150-200 кг портландцемента, 100-200 кг песка, тщательно перемешивают в сухом виде. Для получения 1 куб.м. конструкционного бетона средней плотности Д700 - Д1200: приготавливают смесь портландцемента 400-500 кг и песка 350-700 кг, и для 1 куб.м. конструкционно-теплоизоляционного бетона средней плотности Д500 - Д600 готовят смесь из 200-400 кг портландцемента и 200-400 кг песка.

В воду, взятую для сырьевой смеси при водоцементном соотношении 0,4 - 0,8, в горизонтальной шнековой мешалке вводят смесь портландцемента и песка в проектном соотношении и тщательно перемешивают в течение 4-5 минут.

Одновременно готовят пену, используя пеногенератор механический (например, по патенту на полезную модель 170993, описание опубликовано 12.05.2017 г.), используя пенообразователь и воду в соотношении 1 к 30 (например, концентрат ПАВ, содержащий анионные ПАВ (15,0-30,0 %), неионогенные ПАВ (15,0-30,0 %), стабилизатор и воду) или любой другой доступный пенообразователь, стабилизированный жидким стеклом в соотношении мас.%: ПАВ 2-8, жидкое стекло 10-90), в который подают аргон из промышленного баллона, объемом 40 литров, расходуя на указанный объем технической пены 1 куб.м. газа.

Затем полученную пену при постоянном интенсивном перемешивании в скоростном смесителе добавляют в ранее подготовленное цементно-песчаное тесто. Формовочную смесь тщательно перемешивают для обеспечения необходимой степени поризации.

Пеноблоки для строительства, полученные из заявляемой формовочной смеси, были подвергнуты сравнительной оценке с другими материалами, результаты которой приведены в таблице 2.

Анализ физико-технических показателей материалов из пенобетона, включающего аргон, показывает, что испытуемые образцы значительно превосходят по своим параметрам другие строительные материалы аналогичного назначения.

Большим достоинством заявляемой формовочной смеси является упрощение состава, приближенного к нормируемым составам, приведенных в ГОСТ 25485-2019, что делает возможным широкое использование материалов из пенобетона, полученного из заявляемой формовочной смеси с аргоном.

Изобретение относится к производству пенобетонов и может быть использовано при производстве строительных материалов для промышленного и гражданского строительства, в частности для производства конструкционных элементов строений: плит и блоков различного назначения и теплоизоляционных элементов, а также в технологии монолитного домостроения. Формовочная смесь для приготовления пенобетона включает, мас.%: портландцемент 15-50, песок 5-70, вспененную аргоном стабилизированную смесь поверхностно-активных веществ - ПАВ с водой 1,2-5,0, воду - остальное, при расходе аргона для вспенивания порообразователя 1 м³ газа на указанный объем технической пены. В качестве ПАВ используют смесь синтетических ПАВ, стабилизированную жидким стеклом при следующем соотношении, мас.%: ПАВ 2-8, жидкое стекло 10-90, вода - остальное. В качестве ПАВ используют протеиновые ПАВ, стабилизированные железным купоросом при следующем соотношении, мас.%: протеиновые ПАВ 0,5-1,0, железный купорос 15-30, вода - остальное. Технический результат – получение пенобетонов неавтоклавного твердения с высокой прочностью на сжатие и низкой теплопроводностью. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Формовочная смесь для приготовления пенобетона, включающая портландцемент, воду, стабилизированный порообразователь в виде поверхностно-активных веществ ПАВ с водой, отличающаяся тем, что формовочная смесь дополнительно содержит песок, а в смесь порообразователя с водой и стабилизатором введен аргон, при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:

портландцемент 15-50 песок 5-70 вспененная аргоном стабилизированная смесь ПАВ 1,2-5,0 вода остальное,

при расходе аргона для вспенивания порообразователя 1 м³ газа на указанный объем технической пены.

2. Формовочная смесь по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве ПАВ используют смесь синтетических ПАВ, стабилизированную жидким стеклом, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ПАВ 2-8 жидкое стекло 10-90 вода остальное

3. Формовочная смесь по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве ПАВ используют протеиновые ПАВ, стабилизированные железным купоросом, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

протеиновые ПАВ 0,5-1,0 железный купорос 15-30 вода остальное