Результат интеллектуальной деятельности: ДРЕВЕСНО-ЦЕМЕНТНАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ БЛОКОВ

Предлагаемое техническое решение относится к древесно-цементным смесям, которые содержат неорганические связующие и используются для изготовления строительных блоков в малоэтажном строительстве.

Известна арболитовая смесь по патенту RU 2455264 [1], содержащая цемент, древесную дробленку, известь, пенообразователь, жидкое стекло и листовое молотое стекло. Однако для получения данной смеси необходимы затраты ресурсов на производство древесной дробленки и молотого листового стекла, что отрицательно влияет на характеристики данной смеси по критериям ресурсосбережения и энергоэффективности.

Известен опилкобетон по патенту RU 2106322 [2] для изготовления строительных изделий, включающий, мас. %: портландцемент 30, гашеную известь 5, мелкий гравий или песок 10, опилки 30, глину 5 и воду 20. При использовании портландцемента марки 500 прочность опилкобетона при сжатии достигает 2,1 МПа. Однако гравий и песок увеличивают плотность и снижают теплоизоляционные свойства изделий из данной смеси.

Известен состав для изготовления строительных блоков по заявке RU 93058241/33 [3], содержащий (мас. % в сухом состоянии): опилки до 70%, цемент 20-50%, известь до 20%. Однако, такой состав не обеспечивает достаточную прочность строительных блоков.

Известна арболитовая смесь по патенту RU 2466952 [4], которая содержит древесную дробленку, гипс, мылонафт, стекловолокно, нарезанное на отрезки 3-15 мм. В данном случае отрезки стекловолокна, распределенные в смеси, выполняют функцию дисперсного армирования изделий из данной смеси, что уменьшает трещинообразование и, как следствие, повышает прочность блоков и плит из смеси. Однако, для получения данной арболитовой смеси необходимо дополнительное производство древесной дробленки, что отрицательно влияет на характеристики выпускаемой продукции по критериям ресурсосбережения и энергоэффективности.

Наиболее близким аналогом предлагаемой древесно-цементной смеси для изготовления строительных блоков является арболитовая смесь по патенту RU 2476399 [5], которая принята качестве прототипа. Указанная смесь содержит следующие компоненты, количество которых выражено в весовых частях: портландцемент 20-25; древесная дробленка 60,5-62; гипс 1-1,5; известь 1-1,5; асбестовое волокно длиной 5-50 мм 1-1,5; предварительно обожженные и молотые асбестоцементые отходы 10-15, причем водоцементное отношение составляет 0,9-1,1.

Однако для получения данной арболитовой смеси необходимы обжиг и помол асбестоцементных отходов, что отрицательно влияет на характеристики выпускаемой продукции по критериям ресурсосбережения и энергоэффективности. Кроме того, асбест в форме волокон является канцерогенным материалом, что существенно ограничивает область применения смеси.

Технический результат от применения предлагаемого технического решения заключается в улучшении экологических характеристик за счет применения канцерогенно безопасных компонентов и в обеспечении оптимальной для строительных блоков прочности.

Данный технический результат достигается за счет того, что древесно-цементная смесь для изготовления строительных блоков, содержит измельченную древесину в виде опилок хвойных пород, портландцемент, жидкое стекло, хлорид кальция, полипропиленовые волокна, причем дополнительно включает пенополистирол в видев гранул диаметром от 0,2 до 3 мм и талькохлорит в виде порошка с частицами крупностью не более 500 микрометров, в том числе до 0,02% частиц крупностью до 0,5 микрометров, включая наночастицы, при следующем соотношении компонентов, мас. %: портландцемент 38,4-45,4; опилки хвойных пород 45-52; хлорид кальция 2-9; жидкое стекло 3-10; талькохлорит 4-11; пенополистирол гранулированный 0,5-2; полипропиленовые волокна 0,1-0,2. При этом добавка воды к указанной смеси выполнена до получения водоцементного отношения, равного 0,7-1,1.

Получение предлагаемой смеси включает в себя следующие технологические операции.

Выполняется дозирование компонентов смеси. При этом в момент подачи на дозирование все компоненты должны иметь положительную температуру.

Перемешивают полипропиленовые гранулы с цементом, добавляют отходы камнеобработки в виде порошка талькохлорита и полипропиленовое волокно в виде указанных выше отрезков и опилки. Для перемешивания до получения однородной смеси используют, например, миксер с электроприводом для строительных смесей.

Добавляют воду и жидкое стекло.

Указанные компоненты перемешивают до получения однородной смеси, которой заполняют формы для получения блоков или плит.

В зимнее время формы должны иметь положительную температуру, но не более 40°C. Смесь в формах уплотняют, например, с помощью вибропресса. При этом частоту и амплитуду вибрирования подбирают так, чтобы избежать расслоения смеси.

Затем изделие выдерживают в формах до достижения распалубочной прочности. Признаком достижения распалубочной прочности является стабильность геометрической формы изделия при воздействии на него только его собственного веса после извлечения из формы.

Извлеченное из формы изделие выдерживают для набора достаточной для хранения на складе прочности в естественных условиях, при температуре воздуха 5-35°C. Отпускная прочность изделий достигается в течение 28 суток.

Прочность при сжатии образцов из предлагаемой смеси составляет 1,4-1,6 МПа, что в соответствии с установленными требованиями [6-8] достаточно для использования блоков, например, в качестве самонесущей теплоизоляции и внутриквартирных перегородок малоэтажных зданий.

Коэффициент теплопроводности материала из предлагаемой смеси в изделии, высушенном до постоянной плотности в естественных условиях, близких к условиям эксплуатации реальных конструкций, определенный зондовым методом, зависит от конкретного соотношения компонентов смеси в заявленных пределах и составляет от 0,11 до 0,18 Вт/м*К.

Плотность материала строительных блоков из предлагаемой смеси в возрасте 28 суток составляет 520-650 кг/м³.

Если доля цемента в смеси меньше 38,4 мас. %, то прочность блоков из данной смеси будет недостаточна. С увеличением доли цемента прочность возрастает. Однако увеличение доли цемента сверх 45,4 мас. % неэффективно, поскольку приращение прочности становится незначительным, но существенно возрастает плотность и ухудшаются теплоизоляционные свойства блоков и плит из данной смеси.

Если доля опилок хвойных пород в смеси меньше 45 мас. %, то существенно возрастает плотность и ухудшаются теплоизоляционные свойства блоков и плит из данной смеси. Однако, если доля опилок хвойных пород в смеси больше 52 мас. %, то для консолидации частиц опилок требуется увеличение доли цемента, что также увеличивает плотность и ухудшает теплоизоляционные свойства. Заявленный технический результат достигается только в случае применения опилок хвойных пород.

Если доля хлорида кальция в смеси меньше 2 мас. %, то эффективность его применения недостаточна. С увеличением этой доли эффективность его применения растет, однако, если его доля больше 9 мас. %, то рост эффективности его применения прекращается.

Тонкий слой жидкого стекла, образующийся на поверхности древесных частиц, повышает адгезию к цементу, что увеличивает прочность, а также увеличивает огнестойкость, поскольку указанный слой прекращает доступ воздуха к горящему материалу, и пламя гаснет. Если доля жидкого стекла в смеси меньше 3 мас. %, то эффективность его применения недостаточна. С увеличением этой доли прочность материала из данной смеси растет, однако, если доля жидкого стекла в смеси больше 10 мас. %, то эффективность его применения уменьшается, поскольку увеличивается плотность материала, ухудшаются теплоизоляционные свойства блоков, а рост прочности незначителен.

Талькохлорит в виде порошка, содержащий до 0,02% частиц крупностью до 0,5 микрометров, включая наночастицы, относится к отходам камнеобработки. Наличие указанных частиц крупностью до 0,5 микрометров способствует увеличению поверхности, приходящейся на единицу массы смеси, и по этой причине повышает прочность блоков из предлагаемой смеси. Если доля талькохлорита в смеси меньше 4 мас. %, то эффективность его применения недостаточна. С увеличением этой доли прочность материала из данной смеси растет. Однако, если доля больше 11 мас. %, то рост прочности замедляется и прекращается.

Полипропиленовые волокна выполняют функции армирующих элементов, что повышает прочность блоков из предлагаемой смеси. Если доля полипропиленовых волокон в смеси меньше 0,1 мас. %, то эффективность их применения недостаточна. С увеличением их доли прочность изделия из смеси растет за счет армирования материала. Однако если доля волокон больше 0,2 мас. %, то рост эффективности их применения незнчителен.

К указанной смеси компонентов добавляется вода в количестве, необходимом для получения водоцементного отношения в пределах от 0,7 до 1,1. Уменьшение количества воды не обеспечивает полного использования свойств цемента как вяжущего компонента. Увеличение количества воды приводит к уменьшению прочности изделий из смеси.

В качестве измельченной древесины в заявляемой смеси используются отходы лесопиления в виде опилок без дополнительной их обработки, что уменьшает затраты на получение заявляемой смеси. Все компоненты заявленной смеси являются экологически безопасными.

Талькохлорит в виде порошка образуется при камнеобработке одноименного минерала, известного также как стеатит, мыльный камень или горшечный камень. По своему химическому составу талкохлорит примерно на две трети состоит из двуокиси кремния и окиси магния (http://www.o-kamne.ru/page36.php), что обеспечивает его адгезию к цементу и прочность блоков из предлагаемой смеси.

В заявленной смеси технический эффект достигается за счет взаимодействия компонентов, количественное соотношение которых обеспечивает получение синергетического эффекта, итоговым проявлением которого является повышение эффективности использования экологически безопасных отходов камнеобработки и деревообработки, увеличение прочности изделий (блоков и плит) из предлагаемой смеси, а также упрощение технологии и уменьшение трудоемкости изготовления смеси и изделий из нее. Эти факторы положительно влияют на характеристики изделий из предлагаемой смеси по критериям ресурсосбережения, экологической безопасности и конкурентоспособности.

Пример технической реализации древесно-цементной смеси. При технической реализации заявляемой смеси использовались пылеватые отходы механической камнеобработки в виде частиц талькохлорита, гранулометрический состав которых достаточно однороден и включает в себя частицы с характерными размерами не более 500 микрометров, в том числе до 0,02% частиц крупностью до 0,5 микрометров, включая наночастицы, т.е. частицы крупностью до 100 нанометров.

При разработке заявляемой смеси учтено, что древесные опилки отличаются большой вариабельностью физико-механических свойств, зависящих, в числе других факторов, от типа лесопильного оборудования. Заявляемое техническое решение было реализовано с использованием опилок, гранулометрический состав которых приведен в таблице 1.

В таблице 2 приведены составы сырьевой смеси для изготовления строительных блоков.

При технической реализации заявляемой смеси может быть использован портландцемент марки М500 по ГОСТ 30515-97, жидкое стекло по ГОСТ 13078-81 плотностью 1,45 г/см3 с массовой долей двуокиси кремния 34,2% и силикатным модулем 2.6, хлорид кальция технический по ГОСТ 450-77, полипропиленовые волокна в виде отрезков длиной 18 мм по ТУ 2272-001-90345062-2012, отходы камнеобработки в виде частиц талькохлорита, вода водопроводная. В таблице 2 приведены составы предлагаемой смеси без учета воды, поскольку вода добавляется с учетом естественной влажности опилок до получения требуемого водоцементного отношения, находящегося в интервале от 0,7 до 1,1.

Библиография

1. Арболитовая смесь. Патент на изобретение RU 2455264. МПК C04B 38/10. Опубликовано: 10.07.2012.

2. Опилкобетон. Патент RU 2106322. МПК C04B 28/00; C04B 28/00; C04B 18:26; C04B 111:20. Опубликовано: 10.03.1998.

3. Состав для изготовления строительных блоков, строительный элемент и способ его изготовления. Заявка: RU 93058241. МПК E04C 2/10; B27N 3/02. Опубликовано: 10.01.1996.

4. Арболитовая смесь. Патент RU 2466952. МПК C04B 28/02. Опубликовано: 20.11.2012.

5. Арболитовая смесь. Патент RU 2476399 МПК C04B 28/04. Опубликовано: 27.02.2013

6. ГОСТ 19222-84. Арболит и изделия из него. Общие технические условия.

7. СН 549-82. Инструкция по проектированию, изготовлению и применению конструкций и изделий из арболита.

8. Наназашвили И.Х. Строительные материалы из древесно-цементной композиции // М., Стройиздат, 1990. - 415 с.