Результат интеллектуальной деятельности: ЯЧЕИСТАЯ ФИБРОБЕТОННАЯ СМЕСЬ

Заявляемое изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам теплоизоляционных ячеистых материалов.

Известна сырьевая смесь для изготовления ячеистых материалов и способ ее приготовления, включающая связующее вещество, заполнитель, порообразователь-пенообразователь, дисперсную арматуру - волокна и воду, содержит с модулем упругости волокон больше модуля упругости ячеистого материала, поперечным сечением, на превышающим 1 мм², и с отношением длины к площади поперечного сечения более 100 мм^-1 и дополнительно добавку [Патент РФ №2206544, 2003 г. - аналог].

Недостатком аналога является невысокая прочность полученного ячеистого материала на сжатие и растяжение при использовании полимерных и других дисперсных волокон и, как следствие, небольшие значения коэффициента конструктивного качества фибробетонов.

Известна сырьевая смесь для изготовления ячеистых материалов и способ ее приготовления, включающая связующее вещество, заполнитель, порообразователь, дисперсную арматуру - волокна и воду, в качестве связующего вещества содержит портландцемент марки 500, в качестве заполнителя - керамзит дробленый крупностью 0-5 мм или кварцевый песок с модулем крупности 1,8-2,0, в качестве порообразователя - пенообразователь ПБ-2000, в качестве дисперсной арматуры - полимерное волокно строительное микроармирующее (ВСМ) диаметром 20-50 мкм и длиной 3-18 мм или базальтовое волокно диаметром 13-17 мкм и длиной 6-12 мм, дополнительно содержит суперпластификатор Sika ViscoCrete - 3 и модифицирующую добавку в виде многослойных углеродных нанотрубок диаметром 8-40 нм и длиной 2-50 мкм [Патент РФ №2422408, 2011 г. - прототип].

Недостатком прототипа является невысокая прочность полученного ячеистого фибробетона на сжатие и растяжение, а также небольшие значения коэффициента конструктивного качества ячеистых материалов.

Технической задачей заявляемого изобретения является увеличение прочности на сжатие и растяжение при одновременном увеличении коэффициента конструктивного качества ячеистых бетонных смесей.

Технический результат, полученный в процессе решения поставленной задачи, достигается тем, что ячеистая фибробетонная смесь, включающая связующее вещество - портландцемент марки 500, заполнитель - кварцевый песок, пенообразователь, дисперсную арматуру, суперпластификатор и воду; при этом в качестве заполнителя содержит кварцевый песок с модулем крупности 1,7, в качестве пенообразователя «ПБ-Люкс», в качестве дисперсной арматуры - стеклянное волокно диаметром 15-35 мкм и длиной 12-15 мм, в качестве суперпластификатора - «Полипласт - СП-3», и дополнительно содержит наполнитель в виде аппретированных полых стеклянных микросфер марки МС-ВП-А9* при следующем соотношении компонентов, мас. %: портландцемент марки 500 - 43; кварцевый песок с модулем крупности 1,7 - 8-28; 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.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в процессе приготовления смеси в качестве связующего вещества использовался портландцемент М 500 (ПЦ 500) Себряковского цементного завода. В качестве заполнителя применялся кварцевый песок с модулем крупности 1,7.

Для упрочнения ячеистой смеси на микроуровне применялась дисперсная арматура (фибра) в виде щелочестойкого стеклянного волокна диаметром 15-35 мкм и длиной 12-15 мм с прочностью на разрыв до 3800 МПа. В отличие от полипропиленового волокна (по прототипу), стеклянные волокна отличаются пониженной растяжимостью и лучшей адгезией к цементному камню, что приводит к значительному росту прочностных характеристик при сжатии и растяжении.

В качестве порообразователя при производстве ячеистой смеси использовался пенообразователь «ПБ-Люкс» в соответствии с ТУ 2481-004-59586231-2005. Плотность пены составляет 1,04-1,1 г/см³, кратность пены варьируется от 5 до 50, коэффициент устойчивости пены в цементном тесте не менее 0,95. Указанный пенообразователь совместим со всеми органическими и неорганическими добавками, хорошо смешивается с водой в небольших дозировках и способствует образованию высокопористой структуры ячеистых бетонов с малой плотностью.

В качестве суперпластификатора использовалась добавка «Полипласт СП-3», которая согласно ТУ 5870-006-58042865-05 представляет собой смесь полинафталинметиленсульфоната натрия, лигносульфонатов технических, промышленной смеси тиосульфата и роданида натрия. Выпускается в виде порошка и в форме водного раствора. При введении указанного суперпластификатора происходит повышение подвижности ячеистой фибробетонной смеси при сохранении заданного водоцементного отношения и получении в результате затвердевания фибропенобетонов с повышенной прочностью.

В качестве наполнителя для снижения плотности и увеличения прочностных характеристик ячеистой фибробетонной смеси на микроуровне применяются аппретированные полые стеклянные микросферы марки МС-ВП-А9*, изготовленные по ТУ 6-48-91-92 в ОАО «НПО Стеклопластик» с использованием аппрета марки АГМ-9. Аппрет представляет собой кремнийорганическую гидрофобизирующую жидкость γ - аминопропилтриэтоксилан, который вводится в состав микросфер в процессе их производства в количестве 0,3% от массы микросфер. Полые стеклянные микросферы представляют собой белый сыпучий порошок плотностью 0,29 г/см³, состоящий из тонкостенных микросфер диаметром 20-160 мкм с толщиной стенки менее 2 мкм. Состав стекла и почти правильная сферическая форма микросфер обеспечивают их высокую прочность при сжатии, хорошую адгезию к связующим вещества, что способствует увеличению прочности пенофибробетона и коэффициента конструктивного качества, характеризующегося отношением прочности ячеистого пенобетона к его плотности.

Таким образом, применение в составе сырьевой смеси высокоэффективного пенообразователя «ПБ-Люкс», дисперсной арматуры из стеклянных волокон диаметром 15-35 мкм и длиной 12-15 мм, суперпластификатора «Полипласт-СП-3» и полых стеклянных микросфер диаметром 20-160 мкм с толщиной стенки менее 2 мкм способствует, в сравнении с прототипом, увеличению прочности и коэффициента конструктивного качества ячеистых материалов при сохранении малой плотности, что и является новым техническим свойством заявляемой ячеистой фибробетонной смеси.

Осуществление изобретения. В процессе приготовления ячеистой фибробетонной смеси предварительно в сухую смесь связующего и кварцевого песка вводят однотипные по составу микроармирующие стеклянные волокна и полые стеклянные микросферы с перемешиванием до однородного состояния. Для повышения реакционной способности смеси предварительно растворяют в воде затворения пластифицирующую добавку при комнатной температуре. Приготовленный водный раствор с суперпластификатором перемешивали с сухими компонентами, и далее вводилась пена.

Тонкодисперсный порошок стеклянных микросфер характеризуется повышенной водопотребностью, что непосредственно влияет на увеличение водоцементного отношения смеси и, соответственно, приведет к снижению прочностных характеристик. Для сохранения заданного водоцементного отношения расход подобранного суперпластификатора изменялся таким образом, чтобы количество воды затворения оставалось постоянным независимо от дозировки полых стеклянных микросфер.

Для экспериментальной проверки заявляемой ячеистой фибробетонной смеси, изготовили по стандартной методике образцы-балочки размером 40×40×160 мм, твердеющие в естественных условиях. Составы и физико-механические свойства полученных пенофибробетонов в сравнении с прототипом представлены в таблице.

Анализ представленных в таблице данных показывает, что введение в заявленную ячеистую сырьевую смесь дисперсной арматуры из стеклянных волокон диаметром 15-35 мкм и длиной 12-15 мм, суперпластификатора «Полипласт-СП-3» и полых стеклянных микросфер диаметром 20-160 мкм способствует значительному увеличению прочностных показателей и повышению коэффициента конструктивного качества при сохранении малой плотности.

Наибольшее возрастание вышеуказанных параметров зафиксировано в предлагаемом составе 2, в котором соотношение кварцевого песка и полых стеклянных микросфер равно 1:1. При этом увеличение прочности на сжатие по сравнению с прототипом составило 81%, прочности на растяжение при изгибе - 48,9%. Коэффициент конструктивного качества, характеризующий отношение прочности ячеистого пенобетона к его плотности, по сравнению с прототипом повысился при сжатии на 81,3%, на растяжение при изгибе - на 49,6%.