Результат интеллектуальной деятельности: Бетонная смесь

Изобретение относится к строительству, в частности, к составам сырьевых смесей для изготовления пенобетона со звукопоглощающими свойствами, и может быть использовано для возведения звукопоглощающих стен зданий, обеспечивающих защиту внутренних помещений от шумового воздействия, в том числе, от воздействия акустического оружия в условиях шумовой агрессии, а также ограждающих конструкций, снижающих уровень шума.

Известна сырьевая смесь для получения газобетона (RU 2524361, опубл. 2014.07.27), содержащая, мас. %: портландцемент 8,9-10,5, негашеную известь 41,4-43,8, технологические добавки - сухие отходы от резки газобетонных блоков, алюминиевую пудру и поверхностно-активное вещество - суперпластификатор «Реламикс ПК» 8,97-9,8, многослойные углеродные нанотрубки, поверхность которых химически функционализирована кислородосодержащими группами, 0,0003-0,03, воду 35,881-40,7297, причем указанные нанотрубки вводят в поверхностно-активное вещество суперпластификатор «Реламикс ПК» с последующей ультразвуковой обработкой полученной суспензии. К недостаткам известной смеси относятся сложность подготовки ее компонентов, в частности, функционализации поверхности многослойных углеродных нанотрубок кислородосодержащими карбоксильными либо гидроксильными, группами, высокая стоимость этих компонентов, а также низкие звукопоглощающие характеристики получаемого из нее бетона.

Известны (RU 2308440, опубл. 2007.10.20.) сырьевая смесь для приготовления ячеистого бетона неавтоклавного твердения и полученные из нее строительные изделия, обладающие тепло- и звукоизоляционными свойствами. Известная бетонная смесь содержит, мас. %: минеральное вяжущее 40-45, дробленое теплоизоляционное и/или звукоизоляционное пеностекло (с размерами зерен 3,0-20,0 мм) 14-20, кальцинированную соду 0,75-1,0, алюминиевую пудру 0,07-0,10 и воду - остальное. Звукоизоляционные свойства строительных изделий, полученных из известное бетонной смеси, нельзя назвать высокими, поскольку они не обеспечивают достаточно широкого диапазона заглушаемых звуковых частот.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению, принятым за прототип, является звукопоглощающий легкий бетон (RU 2415824, опубл. 2011.04.10), приготовленный из сырьевой смеси, содержащей крупный легкий заполнитель, цемент и воду, блочные изделия из которого формируют слоями: наружный слой на основе мелких фракций из крупного легкого заполнителя диаметром 5-10 мм; далее средний слой из крупного заполнителя диаметром 10-20 мм, затем внутренний слой крупнопористого бетона из крупного заполнителя диаметром 20-40 мм, при этом ячейки между отдельными фракциями крупного заполнителя образованы по принципу от мелких на периферии к крупным в середине блока.

Блочные изделия из известного бетонного состава, проявляют достаточно высокие звукоизолирующие характеристики в широком диапазоне. Однако их производство является технологически сложным, требует использования специального комплекта опалубки и специального оборудования, что обусловливает высокую стоимость производства и производимых бетонных изделий. При этом для обеспечения высококачественных изделий с высокими и стабильными звукоизолирующими характеристиками необходимо строгое соблюдение интегрального расположения крупного заполнителя и сложной внутренней структуры бетона, поскольку возможные отклонения приведут к ухудшению качества.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка состава бетонной смеси для приготовления звукоизолирующего пенобетона высокого качества с высокими и стабильными звукоизолирующими характеристиками, обеспечивающего технологически несложное изготовление недорогих по стоимости блочных изделий.

Техническим результатом изобретения является улучшение и повышение стабильности звукопоглощающих характеристик получаемого из предлагаемой смеси пенобетона при одновременном упрощении технологии производства и уменьшении стоимости конечной продукции.

Указанный технический результат достигают бетонной смесью дли приготовления звукопоглощающего пенобетона, содержащей заполнители, цемент и воду, которая, в отличие от известной, в качестве заполнителей содержит кварцевый песок с максимальной крупностью частиц 2 мм и стеклянную крошку с размером частиц 45-90 мкм, в качестве цемента -портландцемент ЦЕМ I 42,5Н и дополнительно содержит золу уноса, известняк, гипс, поликарбоксилатный гиперпластификатор и синтетический углеводородный пенообразователь при следующем содержании ингредиентов, в кг на 1 м³ бетона:

Портландцемент ЦЕМ I 42,5Н - 282-302,

Известняк - 41-49,

гипс - 33-39,

зола уноса - 36-44,

кварцевый песок - 52-62,

стеклянная крошка - 38-46,

поликарбоксилатный гиперпластификатор - 5,1-5,3,

синтетический углеводородный пенообразователь - 1,5-1,7,

вода остальное.

Таким образом, заявленный технический результат изобретения, обеспечивается следующей совокупностью существенных признаков.

Использование в составе сырьевой смеси стеклянной крошки с размером частиц 45-90 мкм позволяет повысить качество бетона за счет снижения его плотности путем частичной замены легким стеклом более тяжелого компонента при одновременном увеличении прочности за счет армирующего эффекта стеклянной крошки, а также снизить стоимость готовой продукции за счет утилизации отходов (стеклянный бой).

Синтетический углеводородный пенообразователь позволяет обеспечить достаточно высокую стойкость пены в разработанном составе при его низкой, в сравнении с известными белковыми аналогами, стоимости.

Совместное действие таких компонентов, как портландцемент марки I 42,5Н, зола уноса, известняк и гипс, благодаря синергетическому эффекту обеспечивает образование центров кристаллизации, что способствует повышению физико-механических характеристик бетона и улучшению его качества.

Применение в составе бетонной смеси поликарбоксилатного гиперпластификатора позволяет улучшить реологические характеристики бетонной смеси, снизить тем самым трещинообразование и, соответственно, оптимизировать ячеистую структуру твердеющего бетона, что, в свою очередь, повышает и стабилизирует его звукопоглощающие характеристики.

Наличие в составе бетонной смеси мелкого заполнителя (при отсутствии крупного) позволяет получить бетон с высокой однородностью плотности (590-620 кг/м³) и химического состава. Кроме того, применение мелкого заполнителя при отсутствии крупного препятствует образованию «звуковых мостиков», представляющих собой места, через которые проходят утечки звука (различного вида жесткие перемычки и сочленения), что благоприятно сказывается на звукопоглощающих характеристиках бетона.

Компоненты предлагаемой сырьевой бетонной смеси перечислены в Таблице 1, где приведены также значения содержания этих компонентов с указанием вклада каждого из них в достижение технического результата и указаны соответствующие нормативные документы (ГОСТы и Технические условия), содержащие характеристики веществ и материалов, использованных в составе этой смеси, и требования к упомянутым материалам.

Процесс приготовления пенобетона из предлагаемой сырьевой бетонной смеси включает четыре следующих этапа.

1. В бетоносмеситель принудительного действия (лопастной или планетарный) загружают перечисленные выше компоненты бетонной смеси в следующей последовательности: мелкий заполнитель, в качестве которого используют кварцевый песок с максимальной крупностью частиц 2 мм, стеклянную крошку, полученную помолом отходов стекла в шаровой мельнице в течение 40-60 мин до достижения размеров частиц 45-90 мкм, портландцемент ЦЕМ I 42,5Н, известняк, гипс, золу уноса, часть воды, пластифицирующую добавку, в качестве которой используют поликарбоксилатный гиперпластификатор. Компоненты бетонной смеси подают при работающем активаторе смесителя, что позволяет исключить комкование, а также сократить время начального смешивания.

2. Пенообразователь и оставшуюся часть воды дозируют по объему, затем их смешивают с получением рабочего раствора пенообразователя.

3. Рабочий раствор пенообразователя подают в пеногенератор, где из раствора формируется пена.

4. Перемешанные компоненты бетонной смеси вместе с подготовленной пеной направляют в бетоносмеситель, где они перемешиваются в течение еще 5-7 минут.

Бетон, полученный таким образом, в течение первых 6-8 часов твердения не испытывает усадочных деформаций благодаря рационально скомбинированному составу и оптимизированной технологии изготовления.

Примеры конкретного осуществления изобретения

Примеры 1-3

Звукопоглощающие характеристики бетонов, приготовленных из предлагаемой смеси, определяли следующим образом.

Испытуемый образец полученного бетона толщиной 30 см подвергали воздействию звуковой волны с известной энергией, исходящей из антенны-излучателя. После прохождения звуковой волны через образец с помощью антенны-приемника повторно регистрировали ее энергию. Сравнивая начальную и конечную характеристики, определяли коэффициент звукопоглощения.

Результаты, полученные для конкретных сырьевых составов (Примеры 1-3), в виде коэффициентов звукопоглощения а в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 63-8000 Гц сведены в Таблицу 2.

Результаты измерений свидетельствуют о повышении упомянутых коэффициентов в сравнении с прототипом в среднем на 20%.

Таким образом, предлагаемый состав имеет следующие преимущества по сравнению с известным прототипом:

- звукопоглощающие характеристики пенобетона повышены, в среднем на 20%;

- стабильные звукопоглощающие характеристики отмечены для широкого диапазона частот от 63 Гц до 8000 Гц, что позволяет создавать защитные ограждающие конструкции, обеспечивающие надежную защиту от шумовой агрессии;

- стоимость готовой продукции снижена за счет упрощения технологии производства и ее аппаратурного оформления, а также за счет использования в производстве отходов (золы уноса и стеклянного боя);

- расширенный диапазон частот поглощаемого излучения является дополнительным преимуществом предлагаемой бетонной смеси, поскольку позволяет использовать изготовленные из нее ограждающие конструкции для защиты от направленного электромагнитного импульса, способного вывести из строя цифровую технику и электронику.