Сырьевая смесь для изготовления пенобетона Российский патент 2023 года по МПК C04B28/04 C04B38/10 C04B111/20 

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано как сырьевая смесь при производстве пенобетона неавтоклавного твердения.

Известна сырьевая смесь для получения пенобетона (RU № 2569115, кл. C04B 38/10, 29.07.2014), содержащая компоненты в мас.%:

Портландцемент 27,9-34,9 Пенообразователь «Пента Пав 430А» 0,090-0,095 Микрокремнезем 34,9-41,8 Гиперпластификатор «MC-Power-Flow-3100» 0,90-0,98 Вода 29,205-29,23

Недостатком известного состава сырьевой смеси является использование пониженного расхода цемента и повышенного расхода микрокремнезема дает низкую раннюю прочность и медленный рост прочности пенобетона, что увеличивает время оборота форм.

Известна формовочная смесь для пенобетона (RU № 2287505, кл. C04B 38/10), содержащая следующие компоненты, мас.%:

Цемент 30,0-77,0 Пенообразователь 0,4-0,7 Углеродные металлсодержащие нанотрубки 0,001-2,5 Вода остальное

Недостатком известного состава является низкая ранняя прочность в связи с отсутствием в составе смеси компонентов, ускоряющих твердение.

Наиболее близким является состав ячеистой фибробетонной смеси (RU № 2568207, кл. C04B 38/08, C04B 38/10, 27.10.2014), содержащий компоненты в мас.%:

Портландцемент марки 500 43 Кварцевый песок с модулем крупности 1,7 8-20 Пенообразователь «пб-люкс» 1,0 Стеклянное волокно диаметром 15-35 мкм и длиной 12-15 мм 2,0 Суперпластификатор «полипласт – сп-3» 0,4-0,6 Полые стеклянные микросферы марки мс-вп-а9* диаметром 20-160 мкм 8-28 Вода остальное

Недостатком известного состава ячеистой фибробетонной смеси является не высокая ранняя и марочная прочность бетона. Тонкодисперсный порошок стеклянных микросфер характеризуется повышенной водопотребностью, что непосредственно влияет на увеличение водоцементного отношения смеси и, соответственно, приводит к снижению прочностных характеристик.

Задачей предлагаемого изобретения является создание теплоизоляционно-конструкционного пенобетона неавтоклавного твердения с высокой ранней и марочной прочностью.

Техническим результатом изобретения является высокие прочностные характеристики бетона в ранние сроки твердения и высокая марочная прочность при сжатии.

Поставленная задача и указанный технический результат решается тем, что состав для получения пенобетона, включающий портландцемент, кварцевый песок, пенообразователь, волокно, суперпластификатор, наполнитель и воду, согласно изобретению, используют полипропиленовое волокно, в качестве наполнителя используют неактивированный минеральный порошок – продукт помола известняка или доломита, и дополнительно содержит микрокремнезем, сульфат алюминия, нитрат кальция, графеновые нанотрубки при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент 37,76-41,67 Кварцевый песок 0-15,63 Пенообразователь 0,16-0,18 Полипропиленовое волокно 0,39-0,42 Микрокремнезем 1,95-3,25 Минеральный порошок 11,70-32,55 Суперпластификатор 0,09-0,33 Сульфат алюминия 0,28-0,41 Нитрат кальция 0,46-0,60 Графеновые нанотрубки 0,01-0,02 Вода остальное

В качестве вяжущего вещества используется портландцемент. При содержании в составе пенобетона портландцемента менее 37,76 % прочность пенобетона ниже прототипа (пример 1), а при содержании портландцемента более 41,67 % (пример 2) в пенобетоне появляются усадочные деформации, приводящие к трещинам.

В качестве заполнителя используется природный кварцевый песок с модулем крупности 1,7. При содержании в составе пенобетона кварцевого песка более 15,63 % прочность пенобетона ниже прототипа (пример 1).

Для получения ячеистой структуры бетона используется пенообразователь. При содержании пенообразователя менее 0,16 % пенобетон не достигает заданной пористости, что приводит к повышенной средней плотности (пример 3). При содержании пенообразователя более 0,18 % образуется избыточное количество пены, что приводит к снижению ранней прочности пенобетона (пример 4).

Введение полипропиленового волокна длиной 3-18 мм диаметром 20-50 мкм в количестве 0,39-0,42 % оптимизирует макроструктуру, уменьшает усадочные деформации и увеличивает трещиностойкость пенобетона. При содержании волокна менее 0,39 % не обеспечивается достаточного улучшения физико-механических свойств пенобетона, появляются усадочные трещины (пример 5). При содержании волокна более 0,42 % затрудняется равномерное его распределение в смеси, структура пенобетона характеризуется наличием крупных пор и пустот, снижается прочность пенобетона (пример 6).

В качестве тонкодисперсного наполнителя пенобетонной смеси используется микрокремнезем. Введение микрокремнезема в количестве 1,95-3,25 % приводит к росту марочной прочности пенобетона за счет повышения сцепления цементного теста заполнителем, повышения плотности упаковки зерен минеральной части пенобетона, и химического взаимодействия между кремнеземом и продуктами гидратации цемента. При содержании микрокремнезема менее 1,95 % фактически не приводит к росту прочности (пример 7). При содержании микрокремнезема более 3,25 % приводит к увеличению себестоимости пенобетона.

В качестве наполнителя пенобетонной смеси используется неактивированный минеральный порошок – продукт помола известняка или доломита. При содержании минерального порошка менее 11,70 % в пенобетоне возникают усадочные деформации в виде трещин при твердении (пример 8).

Суперпластификатор в количестве 0,09-0,33 % оказывает сильный водоредуцирующий эффект, снижает водоцементное отношение пенобетонной смеси, за счет этого повышает марочную прочность пенобетона. Содержание суперпластификатора менее 0,09 % не дает достаточного водоредуцирующего эффекта, а при содержании более 0,33 % замедляется дальнейшее водоредуцирование и повышение прочности (пример 9, 10).

Совместное введения в сырьевую смесь сульфата алюминия в количестве 0,28-0,41 % и нитрата кальция в количестве 0,46-0,60 % способствует ускорению твердения пенобетона, что позволяет получать изделия без тепловой обработки и набрать достаточную отпускную прочность на 3-е сутки твердения. При содержании сульфата алюминия менее 0,28 % и нитрата кальция менее 0,46 % не обеспечивается эффективного ускорения твердения пенобетона. При содержании сульфата алюминия более 0,41 % и нитрата кальция более 0,60 % эффект ускорения твердения замедляется (пример 11, 12).

Графеновые нанотрубки в количестве 0,01-0,02 % приводят к росту марочной прочности пенобетона (пример 13). Данные нанотрубки располагаются в пространстве между минеральными частицами сырьевой смеси и на поверхности пузырьков и являются центром кристаллизации новообразований цементного камня, образуется упрочненная армированная микроструктура этого камня, что значительно повышает прочность пенобетона. Стенки пузырьков становятся более прочными, не дают усадку. При содержании нанотрубок более 0,02% приводит к увеличению себестоимости пенобетона.

Каждая графеновая нанотрубка представляет собой углеродную нанотрубку, т.е. аллотропную модификацию углерода в виде полой цилиндрической структуры диаметром от десятых до нескольких десятков нанометров и длиной от одного микрометра до нескольких сантиметров, состоящие из одной или нескольких свёрнутых в трубку графеновых плоскостей [Электронный ресурс. Режим доступа к ресурсу: https://thesaurus.rusnano.com/wiki/article1837 – свободный].

Состав для получения неавтоклавного пенобетона иллюстрируется примером.

Пример 1.

Для приготовления сырьевой смеси для изготовления пенобетона подготавливают, дозируют и смешивают в смесителе принудительного действия сырьевые компоненты: портландцемент ЦЕМ I 42.5 Н, кварцевый песок с модулем крупности 1,7, минеральный порошок МП-1, микрокремнезем мк-85, полипропиленовое волокно ВСМ, суперпластификатор «Синтефлоу» Мега 50, сульфат алюминия, нитрат кальция, графеновые нанотрубки TUBALL COAT_E H2O. Параллельно готовиться пена в пеногенераторе путем смешивания пенообразователя и воды. Далее полученную пену и воду затворения добавляют в раствор, и перемешивают в смесителе до получения однородной пенобетонной смеси.

В таблице приведены конкретные составы и результаты испытаний пенобетона.

Остальные примеры приготовления сырьевой смеси для изготовления пенобетона осуществлялись аналогично примеру 1, данные которых представлены в Таблице 1. Состав и свойства пенобетона, взятого за прототип, представлены в Таблице 2.

Данные Таблиц 1, 2 показывают, что предлагаемый состав сырьевой смеси позволяет получать пенобетон с марочной прочностью в возрасте 28 суток на 48 % выше, чем у прототипа и с высокой ранней прочностью – 72 % от марочной на 3 сутки без тепловой обработки. Исключение дорогого компонента – полые стеклянные микросферы снижает себестоимость сырьевой смеси при сохранении требуемой средней плотности.

В настоящее время изобретение находится на стадии внедрения в производство.

1/2

Сырьевая смесь для изготовления пенобетона

2/2

Сырьевая смесь для изготовления пенобетона

Таблица 2

№
п/п Компоненты состава, мас.%: Средняя плотность, кг/м Прочность
при сжатии, МПа 3 сут. 28 сут. Прототип Портландцемент марки 500 - 43
Кварцевый песок с модулем крупности 1,7 - 28
Пенообразователь «ПБ-Люкс – 1,0
Стеклянное волокно диаметром 15-35 мкм и длиной 12-15 мм - 2
Суперпластификатор «Полипласт – СП-3» - 0,4
Полые стеклянные микросферы марки МС-ВП-А9*
диаметром 20-160 мкм - 8
Вода – 17,6 584 – 4,6

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано при производстве пенобетона неавтоклавного твердения. Сырьевая смесь для изготовления пенобетона включает, мас.%: портландцемент 37,76-41,67, кварцевый песок 0-15,63, пенообразователь 0,16-0,18, полипропиленовое волокно 0,39-0,42, суперпластификатор 0,09-0,33, неактивированный минеральный порошок - продукт помола известняка или доломита 11,70-32,55, микрокремнезем 1,95-3,25, сульфат алюминия 0,28-0,41, нитрат кальция 0,46-0,60, графеновые нанотрубки 0,01-0,02, воду - остальное. Технический результат - повышение прочностных характеристик пенобетона в ранние сроки твердения и повышение марочной прочности при сжатии. 2 табл., 1 пр.

Сырьевая смесь для изготовления пенобетона, включающая портландцемент, кварцевый песок, пенообразователь, волокно, суперпластификатор, наполнитель и воду, отличающаяся тем, что используют полипропиленовое волокно, в качестве наполнителя используют неактивированный минеральный порошок – продукт помола известняка или доломита, и смесь дополнительно содержит микрокремнезем, сульфат алюминия, нитрат кальция, графеновые нанотрубки при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент 37,76-41,67 Кварцевый песок 0-15,63 Пенообразователь 0,16-0,18 Полипропиленовое волокно 0,39-0,42 Микрокремнезем 1,95-3,25 Минеральный порошок 11,70-32,55 Суперпластификатор 0,09-0,33 Сульфат алюминия 0,28-0,41 Нитрат кальция 0,46-0,60 Графеновые нанотрубки 0,01-0,02 Вода остальное