Способ изготовления строительных изделий и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК C04B40/00 E04G11/22 

MOM 3, по ходу перемещения бетонной смеси вниз в отверстия опалубки с одной стороны подают под давлением СОа, а с другой стороны - отводят СОг. Стенки опалубки 1 снабжены кожухом, разделенным на камеры, соответствующие зонам I-IV, в которых С02 подают с понижением давления с 3-5

бар до 1-2 бар и отбором С02 в IV зоне, Стенки опалубки выполнены с группами дополнительных отверстий, расположенных с образованием меандрообразных каналов. Трамбовочный механизм 3 снабжен колоко- лообразным защитным элементом 12. 2.с.п. ф-лы, 5 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к способу изготовления строительных изделий из твердеющих смесей, содержащих гидравлическое вяжущее, и устройству для осуществления способа. Цель - повышение производительности при использовании ускорителя твердения С02, обеспечение локальной подачи СОа. В опалубку 1 непрерывно загружают бетонную смесь на основе цемента и/или извести, уплотняют трамбованием механиз

Изобретение относится к способам изготовления строительных изделий из твердеющих смесей, содержащих гидравлическое вяжущее, и устройствам для осуществления способа.

Цель - повышение производительности при использовании ускорителя твердения С02, обеспечение локальной подачи С02.

На фиг. 1 изображено устройство в схематическом виде в продольном разрезе;, на фиг.2.- разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - форма выполнения боковой стенки опалубки в увеличенном масштабе; на фиг,4 - вид Б на фиг.З; на фиг.5 - диаграмма давление газа - путь - время ; на фиг.6-11 - форма поперечных сечений строительных элементов, изготавливаемых по способу; на фиг.12 - схема упрочнения строительного элемента согласно фиг.11.

Устройство (фиг.1 и 2) содержит расположенную вертикально опалубку 1, загрузочную воронку 2, трамбовочный механизм 3, который состоит из перемещающегося по двойной стрелке b поршня А с расширяющейся частью и привода поршня 4 (не показан), расположенные по обеим сторонам поршня 4 вертикальные направляющие 5 для направления поршня 4 во время его возврат -ю-поступательного движения.

Полость 6 опалубки 1 ограничена вертикально расположенными на расстоянии а (см. Фиг.) друг от друга стенками 7 и 8 с шириной S (см. фиг.2), а также перпендикулярными им узкими также вертикально расположенными (не изображены) стенками. Устройстоо (фиг.1 и 2) служит для изготовления строительных панелей 9 толщиной а, ширина которых, перпендикулярная к плоскости чертежа (см. фиг.1), определяется указанным значением S пластин 7 и 8, измеренным в направлении ширины, при этом другой размер строительной панели в плоскости чертежа (см, фиг.1), например ее длина, может выбираться любой в практических границах, что будет пояснено ниже. Опалубка 1 открыта с верхней и нижней стороны и имеет соответственно загрузочное отверстие 10 и выпускное отверстие 11. Загрузочмая воронка 2 входит своей нижней частью в верхний открытый конец опалубки 1, а находящийся в воронке 2 поршень 4 может плотно входить в загрузочное отверстие 10

опалубки 1, при этом поперечное сечение и величина поршня 4 в основном равны или целесообразным образом несколько меньше поперечного сечения и величины загрузочного отверстия 10 опалубки 1.

В расположенной над опалубкой 1 воронке 2 предусмотрен выполненный в виде колокола защитный элемент 12 с направленным в нижнюю сторону отверстием 13. Колоколообрззный защитный элемент 1.2

закрывает направляющие 5, при этом его нижний край находится в зоне нижнего конца вертикально расположенных направляющих 5. Колоколообрэзный защитный элемент 12 расположен на равном

расстоянии от внутренней поверхности стенки загрузочной воронки 2 и от наружной поверхности направляющих 5, при этом его наружная поверхность выполнена целесообразным образом изогнутой, что облегчает

движение вниз в воронке 2 загружаемой в направлении стрелки с рыхлой бетонной смеси после загрузочного отверстия 10,

К устройству относится газовый баллон

14, содержащий под давлением выше атмосферного газ СОа. Газовый баллон 14 подключен посредством содержащего запорную арматуру соединительного трубопровода 15 к отводящему трубопроводу 16,

который соединен с циркуляционным газовым насосом 17. К газовому насосу 17 присоединен подающий трубопровод 18. от которого отходят ответвленные трубопроводы 19-21 с вентилями 22-24. Ответвленные

трубопроводы 19-21 входят соответственно в распределительные камеры 25-27, которые расположены одна над другой вдоль стенкм 8 опалубки, при этом одна из их ограничительных поверхностей образована

наружной стороной самой стенки опалубки. Камеры 25-27 отделены одна от другой (целесообразно газонепроницаемо) уплотнениями 28. Ниже камера 29 - с содержащим вентиль штуцером 30 для выпуска возуха и выравнивания давления газа.

К наружной поверхности стенки 7 шабона присоединены также четыре камеры 31-34. От камер 31-33 отведены трубопроводы 35-37, в каждом из которых установлен манометр 38 и вентиль 39-41. Ответвленные трубопроводы 35-37 присоеинены к отводящему трубопроводу 16, в котором встроен вакуумный насос 42. В самой нижней камере имеется штуцер 43 для выпуска воздуха и выравнивания давления газа с вентилем 44 (контрольным вентилем). Камеры 31-34 также отделены одна от другой уплотнениями 28.

В стенках 7 и 8 опалубки (фиг.2) предусмотрены сквозные отверстия 45. На фиг.1 эти отверстия обозначены штрихпунктир- ной линией, Отверстия 45 позволяют пропускать газ в полости 6 опалубки и в камеры 5-27, 29 или камеры 31-34.

Опалубка 1 сверху вниз разделена на разного размера технологические зоны I-IV, к каждой из которых относится пара камер 25, 31, 26, 32, 27, 33, 29, 34. Предназначение этих зон будет пояснено ниже при писании принципа действия предложенного устройства согласно изобретению.

Подачу газа в полость 6 опалубки 1 можно производить не только способом, изображенным на фиг.1 и 2, но также и при помощи конструктивного решения, показанного на фиг.З и 4. В этом случае стенки

7 и 8 содержат систему каналов, выполненную в соответствии с вышеназванными технологическими зонами I-IV, указанными на фиг.1. К самой верхней зоне I относятся две группы отверстий, а к зонам il-IV - по одной группе меандрообразных расположенных отверстий 46, служащих для пропускания газа. Отверстия 45 выходят из меандрооб- разного канала 47 и проходят внутри стенки

8 опалубки, (для большей наглядности на фиг.З изображены только четыре отверстия 45, входящих в полость 6 опалубки 1). Каждый газораспределительный канал 47 имеет выпускной штуцер 48, подключенный к ответвленному от подающего трубопровода 18 трубопроводу 19-21 (в рассматриваемом здесь примере выполнения изобретения согласно фиг.З - к трубопроводу 19). В каждом ответвленном трубопроводе установлены вентили 22-24, благодаря чему независимо руг от друга можно регулировать давление газа СОа, выходящего из каждой группы отверстий 46. В стенке 7 опалубки 1 может быть предусмотрена система каналов и отверстий (фиг.З и 4), причем отдельные группы отверстий сообщены с ответвленным от

отводящего трубопровода 16 трубопроводами 35-37.

Как в примере выполнения согласно фиг.1 и 2 камеры 31-34, так и в случае при- 5 мера выполнения в соответствии с фиг.З и 4 группы отверстий 46, подключенные к независимым друг от друга газопроводам, позволяют осуществлять введение газа С02 в полость 6 опалубки 1 в локально опреде0 ленных зонах с отличающимися друг от друга давлениями.

Строительные панели изготавливают с помощью устройства, согласно фиг.1 и 2 или фиг.З и 4 следующим образом.

5 Затвердевающую сырую смесь материалов, содержащую в качестве вяжущего вещества цемент и наполнители, равномерно и непрерывно загружают в воронку 2 согласно изображенной на фиг.1 стрелке с.

0 Затвердевающий впоследствии материал (бетонная смесь) перемещается вниз к загрузочному отверстию 10 опалубки 1. Поршень 4, движущийся возвратно-поступательно соответственно двойной стрелке Ь,

5 совершает в минуту около 15-300, но в основном 100-150 движений прессования. Частоту возвратно-поступательных движений поршня 4 можно изменять (в зависимости от изготавливаемого строительного элемента

0 или основного материала) в широких пределах, например его можно перемещать с очень высокой скоростью. Колоколообраз- ный защитный элемент 12 предназначен для предотвращения попадания сырой сме5 си материалов к верхнему концу направляющих 5, которая нарушила бы в случае ее попадания работу поршня 4 или же загружаемый материал был бы вдавлен из воронки 2 между стенками 7 и 8, то есть в полость 6

0 опалубки 1. В результате сжатия смеси происходит за счет релаксации многократное увеличение ее плотности, Полость 6 опалубки 1 заполняют количеством бетонной сме- .си, пропорциональным высоте подъема

5 поршня 4, и смесь, обрабатываемая во время ее перемещения вниз газом С02 (или . газовой смесью, содержащей газ СОа), т.е. карбонизированный, связанный цементом материал покидает в затвердевшем состоя0 нии выпускное отверстие 11 опалубки 1.

Материал, перемещаемый поршнем 4 через полость 6 опалубки 1 сверху.вниз, подвергают обработке в технологических зонах I-IV, при этом карбонизацию прово5 дят g основном в зонах I-III.

В самой верхней зоне 1 в области загрузочного отверстия 10 уплотнением материала бетонной смеси образуют в нем газонепроницаемый слой, т.е. механическим путем при использовании сил релаксации спрессованного материала предотвращают утечку газа СОа через камеру 25 и отверстия 45, введенного в полость 6 опалубки 1, Поскольку происходит непрерывная загрузка сырой смеси материалов и ее уплотнение трамбовкой, то и в верхней части опалубки существует в течение всего процесса изготовления в некотором роде газонепроницаемое ядро, то есть оно как бы все время редуцируется. Действие механического уплотнения распространяется на весь участок 1 (хотя и ослабевая сверху вниз). Поскольку сила релаксации значительная, то для введения газа СОа в поры сырой смеси материалов требуется довольно большое избыточное давление газа и/или применение вакуума со стороны стенки 7. Газ СО необходимо вдавливать в поры смеси материалов. Нужное давление газа, например, б бар можно устанавливать при помощи вентиля 22 (см. фиг.1). Эффективность введения газа С02 в смесь материалов можно повысить вакуумным насосом 42 (при этом вентиль 39 открыт). Встроенный в трубопровод 35 манометр 38 позволяет контролировать давление протекающего газа, а вентили 22 и 39 приводят в действие в случае необходимости. Применяя вакуум, например, 0,5 бар создают разность давлений на внутренней поверхности пластин 7 и 8 в опалубке 1, благодаря чему происходит явно большая интенсификация поперечного потока газа, направленного от стенки 8 к стенке 7 опалубки и поры смеси материалов равномерно заполняются газом С02 по всему поперечному сечению.

В зоне 1 поры смеси материалов заполняются газом, а избыточный газ, поступающий через отверстия 45 стенок 8 опалубки в камеру 31 с меньшим давлением (например, 3 бар), попадает через трубопровод 35 и трубопровод 16 обратно в контур циркуляции газа. Впрочем на фиг.1 показаны стрелкой направления газовых потоков в трубопроводах. Путь газа, поступающего из ответвленмоготрубопровода 19 в камеру 25, показан на фиг.2 стрелкой е, а путь газа, поступающего через отверстия 45 в полость б опалубки, обозначен стрелками f. Позиции е и f на фиг.З и 4 имеют указанные значения. Здесь следует, обратить внимание на то, что согласно решению введения газа, изображенному на фиг.З м 4, достаточно вводить его в полость 6 опалубки через вторую группу отверстий 46 (см. фиг.З) с меньшим давлением, равным, например, 5 бар э нижний участок зоны 1, где уплотняющее действие поршня 4 проявляется в меньшей степени и поэтому материал имеет меньшую плотность (внутреннее напряжение сжатой смеси самое большое в конце зоны 1 и постепенно снижается в направлении сверху вниз). В этом случае выходящий остаточный газ имеет давление около 2-3 бар. Давление

газа С02, введенного в зону 1, необходимо выбирать таким, чтобы не происходила утеч ка газа через уплотнительный слой смеси материалов в зоне загрузочного отверстия 10 опалубки 1, находящийся выше зоны 1.

0 Поскольку газонепроницаемое состояние обеспечено также и между внутренними поверхностями стенок 7 и 8 опалубки 1 и смесью материалов, утечка газа СОз предотвращается также и из полости б опалубки

5 вдоль стенок. При введении газа с двумя разными давлениями, он не может проникать снизу вверх в направлении к отверстию 10, так это предотвращается газом высокого давления, причем последний оттесняет

0 газ с более низким давлением в направлении к противолежащей стенке 7, то есть вынуждает его пронизывать смесь материалов в поперечном направлении.

В зоне 1 химическая реакция между га5 зом С02 и цементом, т.е. карбонизация, только начинается, а в зоне 11 она протекает взрывообразно (мгновенная реакция). При этой химической реакции происходит поглощение введенного в зону 1 С02 и как

0 следствие этого падение давления, при этом если бы не вводили дополнительно таз С02, то в смеси материалов образовался бы вакуум. На участке 11 продолжают поэтому вводить через ответвленный трубопровод

5 20 и камеру 26 газ С02 и таким образом восстанавливают в зоне 1 израсходованный при реакции карбонизации газ С02. В зоне 11 вводят газ С02 с меньшим давлением, но все же превышающим атмосферное, напри0 мер, с давлением 4 бара, потому что здесь нет необходимости во введении в поры смеси материалов газа с большим давлением, поскольку газ, проходя через материал, выходит в камеру 32 с давлением, равным око5 ло 2 бар, и из нее возвращается обратно в контур циркуляции газа через ответвленный трубопровод 36 и отводящий трубопровод 16. При помощи вентиля 40 можно использовать вакуум также и в зоне 11, однако этот

0 прием не считается обязательным.

Затвердение смеси материалов начинается в менее значительной степени уже в зоне 1 и оно достигает в зоне 11 такой степени, что полностью прекращается дейст5 вие силы релаксации. Находящаяся в фазе затвердения строительная панель 9 (см. фиг. 1) может беспрепятственно и непрерывно перемещаться в опалубке 1 вниз, так как материал не оказывает давления на стенки опалубки, как в верхней части зоны 1, где

под прессующим давлением поршня 4 перемещается вниз еще не затвердевшая - смесь материалов. В результате химической реакции карбонизации в материале образуется разрежение.5

Давление введенного в зону II газа С02 продолжает падать, так как здесь вводят газ с давлением, например, 1 бар. В этой зоне процесс карбонизации практически завершается полностью. Вводимое в зону III ко- 10 личество газа должно покрыть еще существующую потребность в газе, необходимую для полного окончания реакции карбонизации. Потерю газа СОа на нижнем конце полости б опалубки 1, т.е. на выпуск- 15 ном отверстии 11, из которого выходит наружу спрессованный, карбонизированный и частично затвердевший материал, можно предотвратить установлением в зоне III соответствующих условий давления - введе- 20 нием в эту зону минимального количества газа СОа с минимальным давлением. Давление остаточного газа С02, поступающего в камеру 33, если отсутствует вакуум, не намного ниже давления подводимого газа, на- 25 пример 0,8-0,9 бара. Таким образом надежно завершают реакцию карбонизации. В зонах II и III можно насосом 42 создать в кам.ерах 32 и 33 вакуум, равный, например, 0,5 бар, с целью интенсифика- 30 ции газового потока в поперечном направлении.

Зона IV является компенсационной зоной, в которуюуже не вводят газ С02. В этой зоне практически не происходит никакой 35 химической реакции. В камеры 31 и 34 поступает вдоль внутренней поверхности пластин 7 и 8 возможно протекающий газ С02 изнутри наружу, при этом его количество или его давление в зоне III выбрано так, что 40 газа достаточно там для завершения реакции карбонизации. Через контрольные вентили 44 и штуцера 43 и штуцера 30 можно выпускать газ в случае правильного выбора давления газа CU2 в зоне И. Следовательно, 45 при помощи этих контрольных вентилей штуцера 43 и штуцера 30 можно выравнивать давление газа СОа в зоне IV.

Если для проведения химической реакции карбонизации применять не чистый газ 50 С02, а газовую смесь, которая содержит не только газ СОа (например, в количестве 30%), то нейтральные компоненты этой смеси не будут расходоваться при реакции карбонизации. Поскольку в этом случае ко- 55 личество газа (количество воздуха), выходящее через контрольные вентили штуцеров 43 и 30 может быть весьма большим, то эти контрольные вентили выполняют функцию воздушных клапанов

Хотя фазы карбонизации отделены одна от другой как пространственно, так и по времени весь процесс карбонизации протекает непрерывно, потому что материал, формуемый в затвердевающие строительные панели, непрерывно проходит через полость 5 опалубки. Строительную панель 9, выходящую непрерывно через выпускное отверстие разрезают круглой пилой 49 для поперечной распиловки (см. фиг.1) на определенную длину. Круглая пила 49 работает синхронно со скоростью выходящего спрессованного материала и поэтому получают уже частично затвердевшие (имеющие около 30% 28-дневной прочности) строительные панели, которые: окончательно затвердевают при искусственном на них традиционном воздействии или естественным путем. : .

Форма поперечного сечения строительной панели 9, изготовленной при помощи данного устройства, изображена на фиг.б, однако легко понять, что при помощи этого устройства можно изготавливать (в практических пределах) строительные элементы с любой формой поперечного сечения, выбрав для этой цели соответствующую форму поперечного сечения поршня и шаблона. Строительный элемент 50 (фиг.7) выполнен с клинообразным поперечным сечением, а строительный элемент 51 (фиг.8), имеет волнообразную форму. На фиг.9 показан строительный элемент 52 с трапециевидным профилем. Само собой разумеется, что при помощи изобретенного устройства можно изготавливать также и пустотелые изделия. Изображенный на фиг. 10 строительный элемент 53 имеет в поперечном сечении форму круглого кольца с внутренней полостью. На фиг.11 показан строительный элемент 54 с прямоугольной формой поперечного сечения с внутренними полостями 55 и 56. Для изготовления пустотелого строительного элемента необходимо применять специальные опалубки-шаблоны. Нафиг.12 показана конструкция опалубки для изготовления строительных элементов, изображенных на фиг.11. В наружной раме шаблона 57 в стенках внутренних сердцевин 58 и 59 с пустотами 60 и 61 расположены каналы подобно, например, каналам на фиг.З и 4 для введения газа и его пропускания через перемещающийся в шаблоне материал. Протекание газа указано на фиг.12 стрелками, при этом для повышения наглядности каналы и отверстия не изображены.

Необходимое для реакции карбонизации количество газа С02 всегда пропорционально по заданной рецептуре применяемому количеству цемента и составляет около 8-10 вес. % количества цемента. Целесообразно, чтобы применяемая для проведения карбонизации газовая смесь, поскольку не используется чистый газ С02, содержала не менее 30% газа С02,

ПримерТ.По способу согласно изобретению изготавливают при помощи устройства, изображенного на фиг.1 и 2, строительные панели размером 60x100 см при толщине 20 мм. Состав сырой смеси, предназначенной для формирования сжатием и затвердения при обработке карбонизацией, следующий, мае. %:

Цемент42 Гашеная известь 2 Кварцевый песок 42 Вода 14 Введение газа COz в перемещающийся вниз в опалубке 1 материал производится в зонах НИ, т.е. сверху вниз, со следующими давлениями:

впуск ббар зона III: впуск 0,4 бар выпуск 3 барвыпуск около О

зона II: впуск 2 бар выпуск 1 бар

В компенсационной зоне IV возможно выходящий вниз из зоны 111 газ выпускают вдоль внутренних поверхностей стенок опалубки. Здесь может идти речь только о минимальном количестве газа.

Материал перемещается через полость 6 опалубки со скоростью 1 м в минуту.

Из диаграммы давление газа-путь- время (см. фиг.5), в которой буквой V обозначена скорость перемещающегося вниз через опалубку материала, Р0 - плотность затвердевающей смеси материалов, d -толщина изготовленной строительной панели, вытекает, что материал проходит зону 1, где давление газа С02 наибольшее (6 бар) приблизительно за 2 мин, тогда как прохождение зон II и II 1в целом требует около минуты, . при этом давление газа снижается постепенно до нуля и в зоне IV газ уже больше не имеет избыточного давления. Кривая на фиг.5 характеризует внутреннюю силу релаксации, которая пропорциональна силе сжатия, создаваемой поршнем, или силу, необходимую для процесса прессования, то есть для уплотнения и дальнейшего перемещения прессуемого материала, всегда пропорциональную силе релаксации, действующей на боковые стен.чи опалубки.

Прочность на изгиб материала, выходящего через выпускное отверстие 11 опалубки 1, составляет около 35 кг/см2, т.е. около 30% конечной 28-дневной прочности, а плотность равна 1250 кг/см3. При помощи круглой пилы непрерывно выходящий из

опалубки панельный материал распиливают на определенную длину. Панели, частично, затвердевшие благодаря проведенной карбонизации, ставят для дальнейшего хранения на ребро.

П р и м е р 2. По способу согласно изобретению изготавливают при помощи устройства, изображенного на фиг.1, 2 и 3, строительные элементы с размером

0 163x1250x4000 мм при толщине стенки 14 мм, содержащие полости. Состав формуемой, обрабатываемой карбонизацией затвердевающей смеси материалов . следующей, мае. %:

5 Цемент58 Растворимое стекло 1 Древесная стружка 14 Вода 24 Гашеная известь 3

0 Сырую смесь материалов с указанным в этом примере составом вдавливают в опалубку 1 попеременными движениями поршня 4 устройства по фиг.1 и 2. В зоне загрузочного отверстия 10 полости 6 опа5 лубки 1 обеспечивается одинаковое максимальное внутреннее напряжение до тех пор, пока поршень 4 непрерывно утрамбовывает материал. Таким образом, в результате механического уплотнения гарантируется га0 зонепроницаемое состояние в течение всего процесса изготовления строительного элемента.

Давление введенного в зоны НИ и из них выходящего газа равно давлению со5 гласно примеру 1, причем диаграмма давление газа-путь-время аналогична диаграмме на фиг.5, однако объемный вес и прочность конечного продукта из-за различных заполнителей меньше.

0

Формула изо б р е те н и я

5 С02.

Фиг. 1Q

55 -N

V

Фиг. 11

Фиг.7

54

56