Результат интеллектуальной деятельности: Способ изготовления вариатропного ячеистого бетона

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для производства конструкционно-теплоизоляционных изделий и конструкций из ячеистого бетона.

Известен способ получения вариатропных ячеистых изделий, включающий заполнение пенобетонной смесью формы на 55% ее глубины, подачу пены в форму и ее перемешивание с пенобетонной смесью в слое толщиной 40-50% глубины формы. Перемешивание осуществляют при помощи устройства, состоящего из дрели с разными рабочими органами, интенсивность перемешивания изменяется с глубиной прорабатываемого слоя. Свойства полученного вариатропного пенобетона: средняя плотность 500-600 кг/м³, максимальная плотность в придонном слое 800-820 кг/м³, минимальная плотность 390-430 кг/м³, прочность при сжатии 1,5-5 МПа, коэффициент теплопроводности 0,2-0,35 Вт/(м⋅K) [1].

Недостатком данного способа является сложность технологии формирования вариатропных изделий, которая заключается в необходимости двухстадийного заполнения формы и механического перемешивания пены с пенобетонной смесью, что приводит к синерезису пены, повышению В/Ц и, следовательно, снижению прочностных показателей. Данный способ позволяет получать вариатропные ячеистые бетоны с однонаправленным (одновекторым) изменением свойств. При этом коэффициент конструкционного качества (К.К.К.) (отношение прочности к средней плотности изделий) не превышает 0,008.

Наиболее близким аналогом является способ получения вариатропного ячеистого бетона, включающий формирование вариатропной структуры изделия в замкнутой форме с перфорированными поверхностями. Перед заливкой формовочной смеси, полученной на основе неактивированных сырьевых компонентах, поддон, борта и крышку формы выстилают полиэтиленовой пленкой, с коэффициентом перфорации больше, чем в форме. При необходимости заполненную форму подвергают вибрации [2].

К недостаткам данного способа можно отнести следующие: одноразовое использование обкладочного материала, который в дальнейшем снимается с поверхности изделия и нуждается в утилизации. При использовании в строительстве полученных по данному способу блоков требуется дополнительное устройство на их поверхности армирующего материала (арматурной сетки) для обеспечения надежного сцепления с защитными, защитно-декоративными покрытиями, что приводит к увеличению трудоемкости и стоимости производства строительных работ. Также при использовании в качестве обкладочного материала перфорированной полиэтиленовой пленки создаются неодинаковые условия твердения портландцемента (изменение влагосодержания в зонах близлежащих к отверстиям перфорации по отношению к зонам между отверстиями перфорации), вследствие чего в процессе эксплуатации, в частности при изменении тепловлажностных условий, на поверхности изделий могут возникать дефектные места.

Техническим результатом данного изобретения является повышение коэффициента конструкционного качества изделий на основе вариатропного ячеистого бетона с армированной поверхностью, упрощение технологии его изготовления.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления вариатропного ячеистого бетона, включающем перемешивание компонентов до получения однородной газобетонной смеси, заливку смеси в перфорированную форму, внутреннюю поверхность которой предварительно застилают нетканым материалом, закрытие формы крышкой и ее фиксацию, твердение и распалубку, перед перемешиванием компонентов вяжущее, мелкий заполнитель и воду затворения по отдельности подвергают предварительной обработке низкотемпературной неравновесной плазмой в течение 1⋅10^-2-5⋅10^-2 с. Внутреннюю поверхность перфорированной формы застилают стекло-, угле- или базальтовым волокном.

Поставленная цель достигается за счет:

- предварительной обработки вяжущего, мелкого заполнителя и воды в установке низкотемпературной неравновесной плазмы НТНП;

- формирования вариатропной ячеистой структуры в закрытых перфорированных формах;

- обкладки внутренней поверхности формы нетканым волокнистым материалом -стекло-, угле- или базальтовым волокном.

В качестве вяжущего используют портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н ГОСТ 31108-2003 или шлакопортландцемент ЦЕМ III/А 32,5 Н ГОСТ 31108-2003.

В качестве мелкого заполнителя используют песок кварцевый или диатомитовый с модулем крупности М_к=1,9, или мраморную крошку (ГОСТ 8736-2014).

В качестве добавки используют воздушную негашеную кальциевую известь без добавок 1 сорта (ГОСТ 9179-77).

В качестве газообразователя используют алюминиевую пудру ПАК-1 или ПАК-2 (ГОСТ 5494-95).

Пример 1

Внутреннюю поверхность перфорированной формы размером 300×300×600 застилают по периметру нетканым волокнистым материалом, например стекловолокном. Сырьевые компоненты газобетонной смеси, а именно - вяжущее, мелкий заполнитель и воду затворения по отдельности обрабатывают в установке низкотемпературной неравновесной плазмы (НТНП).

Установка НТНП непрерывного типа состоит из воронки для подачи материала, плазмогенератора, источника питания, контейнера для обработанного материала и пылеуловителя, НТНП в лабораторных установках генерируется источником переменного тока напряжением до 8000 В и частотой до 40 кГц. Между электродами плазматрона создается область НТНП со значением параметра E/N=15×10^-16 В⋅см², степень ионизации (α) 1%, температура плазмы 6⋅10⁴ К. Время обработки сырьевых компонентов изменялось в пределах от 1⋅10^-2 до 5⋅10^-2 с.

Обработанное в НТНП вяжущее - портландцемент ЦЕМ I 42,5Н 31 мас.ч., обработанный в НТНП мелкий заполнитель - кварцевый песок с М_к=1,9 41 мас.ч., газообразователь - алюминиевая пудра ПАП-2 0,07 мас.ч., известь кальциевую негашеную с содержанием CaO+MgO не менее 70% 1,7 мас.ч. и обработанную в НТНП воду затворения 26,23 мас.ч. перемешивают до получения однородной смеси, которую заливают в заранее подготовленную форму. После заполнения формы газобетонной смесью, крышку формы закрывают и фиксируют. После окончания процесса газообразования, формирования вариатропной ячеистой структуры и достижения массивом распалубочной прочности изделие извлекают из формы. Испытания проводились после 28 суток твердения в нормальных условиях (при температуре 20°С и влажности воздуха 90-100%).

В результате процесса газообразования в закрытой перфорированной форме создается избыточное давление, при котором происходит насыщение и пропитка волокнистого обкладочного материала цементным тестом, которое после отверждения формирует армированный поверхностный слой. За счет устройства на внутренней поверхности перфорированной формы обкладки из нетканого волокнистого материала формовочная смесь, состоящая из вяжущего, мелкого заполнителя, газообразователя, извести и воды, не достигает отверстий перфорации формы, через которые удаляется только газовая составляющая, что исключает необходимость их чистки.

Пример 2

То же, что и пример 1, но без предварительной активации вяжущего, мелкого заполнителя и воды затворения в установке НТНП.

Пример 3

Изготовление изделий по прототипу. Подготавливают смесь для получения ячеистого бетона. Неактивированные сырьевые компоненты смеси (вяжущее, мелкий заполнитель, вода и газообразователь) одностадийно перемешивают до получения однородной массы и заливают в предварительно подготовленную перфорированную форму (300×300×600), где борта и крышка выстланы полиэтиленовой пленкой, с коэффициентом перфорации больше, чем в форме. Крышку формы закрывают и фиксируют. После окончания процесса формирования вариатропной ячеистой структуры и достижения массивом распалубочной прочности, изделие извлекают из формы.

Испытания образцов, полученных по примерам 1-3, проводились после 28 суток нормального твердения. Для сравнения свойств полученных образцов определялись коэффициенты вариатропности и конструкционного качества, результаты представлены в таблице.

Предложенный способ позволяет получать вариатропные изделия на основе ячеистых бетонов, представляющие собой градиентные системы с высокой прочностью периферийных (внешних) слоев и низкой теплопроводностью центральных слоев изделия. Высокая плотность внешних слоев обуславливает повышение конструкционных свойств изделий, а низкая плотность центральной части обуславливает сохранение теплоизоляционных свойств изделий. Армированная внешняя поверхность изделий позволяет использовать их для нанесения защитно-декоративных и декоративных покрытий без устройства дополнительного внешнего армирования.

Источники информации

1. Патент RU №2243190, 27.12.2004.

2. Патент UA №49265, 16.09.2002.