Результат интеллектуальной деятельности: Состав смеси для изготовления легкого бетона

Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности к производству легких бетонов.

Известен состав полистиролбетонной смеси (патент РФ №2338725, КЛ. С04В 38/08, С04В 16/08. Опубл. 20.11.2008 г.), включающий портландцемент, гранулированный пенополистирол и водоудерживаюшую добавку в виде водорастворимого полимера на основе эфира целлюлозы, содержащей указанный пенополистирол фракций 0,8-1,3 мм, 1,6-2,0 мм и 2,4-3,0 мм при следующем соотношении компонентов полистиролбетонной смеси, мас.ч.:

К недостаткам известной полистиролбетонной смеси относятся наличие гранулированного пенополистирола, округлая форма которого приводит к низкой адгезии к цементному камню, что приводит к снижению прочностных характеристик затвердевшего полистиролбетона, недостаточная прочность готовых изделий (не более 0.58 МПа), готовые изделия являются исключительно теплоизоляционными.

Известен состав сырьевой смеси для изготовления легкого бетона (патент РФ №2341496 кл. С04В 38/10. Опубл. 20.12.2008 г.), включающий цемент, гранулы пенополистирола, нейтрализованную воздухововлекающую смолу SDO и воду, отличающаяся тем, что она содержит никельсодержащий шлам при следующем соотношении компонентов, мас. %:

К недостаткам известной сырьевой смеси для изготовления легкого бетона относятся наличие гранулированного пенополистирола, округлая форма которого приводит к низкой адгезии к цементному камню, что приводит к снижению прочностных характеристик затвердевшего полистиролбетона, наличие в сырьевой смеси никель содержащего шлама является экологически не безопасным, экологическая опасность отходов этого типа связана с наличием в них тяжелых металлов и возможностью их распространения в окружающую среду,

Наиболее близкой к изобретению по своей технической сущности является сырьевая смесь для изготовления легкого бетона (патент РФ №2494079, кл. С04В 38/10, С04В 38/08. Опубл. 27.09.2013 г.), включающая портландцемент, кварцевый песок, дробленые отходы пенополиуретана фракции 5-15 мм, техническую пену, приготовленную на основе 4%-ного водного раствора пенообразователя ПБ-2000 и дополнительно суперпластификатор С-3 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Однако известная бетонная смесь имеет недостаточную прочность; использование чувствительного к минералогическому составу портландцементов суперпластификатора С-3 может приводить к его перерасходу при смене вида портландцемента; дробленые отходы пенополиуретана имеют достаточно большую фракцию 5-15 мм и могут неравномерно распределяться, не образуя плотной упаковки; наличие кварцевого песка в составе приводит к увеличению плотности изделий и увеличению теплопроводности.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является получение состава смеси для легких бетонов с улучшенными эксплуатационными показателями.

Технический результат заключается в получение изделий, обладающих повышенной прочностью, при относительно низкой плотности, повышенной морозостойкостью, меньшей теплопроводностью.

Поставленная задача решается тем, что бетонная смесь, включающая портландцемент, молотую кремнистую опоку, отход производства (крошка) теплоизоляционных плит PIR на основе пенополиизоцианурата и дополнительно суперпластификатор на основе эфира полиарила, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Бетонная смесь содержит при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент с пределом прочности при сжатии на 28 сутки не менее 32,5 МПа - 17-19, кремнистая опока -60,2-64,7, отход плит PIR - 1,5-3,0, суперпластификатор на основе эфира полиарила MasterPolyheed 3045 - 0,3-0,9, вода - остальное.

В качестве вяжущего использовался портландцемент пределом прочности при сжатии на 28 сутки не менее 32,5 МПа ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия», ГОСТ 31108-2016 «Цементы общестроительные. Технические условия». Оптимальное содержание вяжущего в бетонной смеси составляет 17-19 (мас.%), поскольку уменьшение доли вяжущего в бетонной смеси приводит к снижению прочностных характеристик и долговечности готовой продукции, а введение более 20% приводит к удорожанию готовой продукции и появлению микротрещин в результате повышенной усадки при твердении.

В качестве мелкого заполнителя использовалась кремнистая опока с модулем крупности не более Мк 2.0, с насыпной плотностью не более 900 кг/м³ ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ. Технические условия». Введение в состав кремнистой опоки позволит повысить водостойкость, повысить сопротивляемость коррозии первого вида готовых изделий. Оптимальное содержание кремнистой опоки в бетонной смеси составляет 60,2-64,7 (мас.%), поскольку уменьшение доли кремнистой опоки приведет к появлению микротрещин и расслоению бетонной смеси, а введение более 64,7% приведет к увеличению теплопроводности готовых изделий.

Отход плит PIR представлен крошкой теплоизоляционных плит PIR на основе пенополиизоцианурата, образующейся в процессе обрезки готовых изделий различных фракций от 0,8 мм до 5 мм. Отход плит PIR введен в состав для снижения средней плотности готовых изделий и уменьшения теплопроводности. Пенополиизоцианурат (PIR) – это сложный полимер, по составу схожий с полиуретаном, но более стабильный и отличающийся высокой стойкостью к химическим, термическим и механическим воздействиям. Для производства обоих материалов используются одинаковые химические реакции, только PIR образуется при более высокой температуре и взаимодействует с другими катализаторами и сопутствующими веществами. Основой для получения полиизоцианурата является метилендифенилдиизоцианат, который при высокой температуре и в присутствии катализаторов способен реагировать сам с собой, частично превращаясь в три-изоцианат-изоциануратное химическое соединение. Оно представляет собой жесткую молекулу кольцевой структуры, что положительно отражается на физических свойствах конечного продукта.

На втором этапе к три-изоцианат-изоцианурату и оставшемуся метилендифенилдиизоцианату добавляется полиэфирный полиол и специальное вспенивающее вещество. В результате реакции, проходящей на открытом воздухе, образуется довольно твердый и прочный полимер. Как и в полиуретане, 95% в объеме PIR занимают закрытые поры, но более стойкие молекулярные связи начинают разрушаться при температуре 200°С (для PUR этот порог составляет около 110-120°С). Этот теплоизоляционный полимер обладает высочайшим среди теплоизоляционных полимеров сопротивлением воздействию открытого огня (группа горючести Г1) и самой низкой среди полимеров теплопроводностью (в сухом состоянии - 0,024 Вт/м⋅°С).

Оптимальное содержание отхода плит PIR в бетонной смеси составляет 1,5-3,0 (мас.%), поскольку уменьшение доли отхода плит PIR приведет к увеличению плотности и теплопроводности готовых изделий, а введение более 3,0% приведет к снижению прочности.

В качестве суперпластификатора используется добавка MasterPolyheed 3045 компании BASF на основе эфира полиарила. Введение в состав добавки на основе эфира полиарила снижает водоцементное отношение бетонной смеси. При этом суперпластификатор MasterPolyheed 3045 не чувствителен к изменению свойств вяжущего (химико-минералогический состав) и заполнителей, что позволяет использовать инертные материалы различного качества. Одновременно добавка обеспечивает ранний набор прочности бетона, что позволит увеличить оборачиваемость форм и, таким образом, повысить производительность процесса выпуска готовых изделий.

Оптимальное содержание суперпластификатора на основе эфира полиарила MasterPolyheed 3045 в составе композиции составляет 0,3-0,9 (мас.%), поскольку уменьшение добавки в композиции не дает достаточного эффекта снижения водоцементного отношения и повышения прочности, а введение более 0,9% приводит к удорожанию готовой продукции с незначительным увеличением прочностных характеристик и снижением водоцементного отношения.

Пример. Для составления композиции использованы следующие исходные материалы: в качестве основного вяжущего портландцемент марки ЦЕМ I 32,5Н ГОСТ 31108-2016, в соответствии с требованиями ГОСТ 31108-2016 «Цементы общестроительные. Технические условия» производства ОАО «Холсим (Рус)» (Россия); суперпластификатор на основе эфира полиарила MasterPolyheed 3045 производства ООО «БАСФ Строительные системы» в соответствии с требованиями ГОСТ 24211-2008 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия» (Россия); мелкий заполнитель - кремнистая опока с модулем крупности не более Мк=1.8-2.0, с насыпной плотностью не более 900 кг/м³ в соответствии с требованиями ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ. Технические условия» (Россия); отход плит PIR в виде крошки теплоизоляционных плит PIR на основе пенополиизоцианурата, образующейся в процессе обрезки готовых изделий различных фракций от 0,8 мм до 5 мм производства ООО «ПирроГрупп», г. Саратов в соответствии с требованиями ТУ 5768-001-09151858-2015 «Плиты термоизоляционные с мягкими облицовками "PIRRO"» (Россия); вода водопроводная по ГОСТ 23732-79 «Вода для бетонов и растворов. Технические условия».

Приготовление композиции производят в следующей последовательности: в смеситель (например, «ДЕЛЬТА СЛБ-ПН-500» производства предприятия ООО «СтройМеханика») осуществляют подачу всех компонентов в следующей последовательности - первым компонентом подают портландцемент (например, портландцемент марки ЦЕМ I 32,5Н ГОСТ 31108-2016, в соответствии с требованиями ГОСТ 31108-2016 «Цементы общестроительные. Технические условия» производства ОАО «Холсим (Рус)» (Россия)) в количестве 17-19% (масс.) от общего количества (например, 17.0% для состава №4 таблицы 1), после этого в смеситель подают кремнистую опоку с модулем крупности М_кр 1,8-2,0 (например, кремнистая опока с модулем крупности не более Мк=1.8-2.0, с насыпной плотностью не более 900 кг/м³ в соответствии с требованиями ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ. Технические условия» (Россия)) в количестве 60,2-64,7% (масс.) от общего количества (например, 64.7% для состава №4 таблицы 1), затем подают крошку, образующаяся в процессе обрезки готовых теплоизоляционных плит PIR на основе пенополиизоцианурата, фракции 0,8-5,0 мм (например, отход плит PIR производства ООО «ПирроГрупп», г. Саратов в соответствии с требованиями ТУ 5768-001-09151858-2015 «Плиты термоизоляционные с мягкими облицовками "PIRRO"» (Россия)) в количестве 1,5-3,0% (масс.) от общего количества (например, 2.5% для состава №4 таблицы 1) и производят перемешивание композиции в течение 2,5-3,0 мин при частоте вращения перемешивающего органа смесителя 150-200 об/мин. После перемешивания в смеситель подается вода (например, вода водопроводная по ГОСТ 23732-79 «Вода для бетонов и растворов. Технические условия») в количестве 15-19% (масс.) от общего количества (например, 15% для состава №4 таблицы 1) совместно с суперпластификатором MasterPolyheed 3045 (суперпластификатор на основе эфира полиарила производства ООО «БАСФ Строительные системы» в соответствии с требованиями ГОСТ 24211-2008 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия» (Россия)) в количестве 0,3-0,9% (масс.) от общего количества (например, 0,8% для состава №4 таблицы 1) и производят дополнительное перемешивание в течение 1,5-2,0 мин при частоте вращения перемешивающего органа смесителя 250-300 об/мин.

Приготовленную смесь укладывают в предварительно очищенные и смазанные формы, заполняя последние полностью, далее подают на виброплощадку (например, Вибростол ЭВ-340 производства Ярославского завода "Красный Маяк") и производят уплотнение в течение 15-30 секунд при амплитуде колебаний 0,5±0,05 мм (колебания вертикально-направленные), частоте колебаний 3000 об/мин. Отформованные изделия выдерживают в помещении в течении суток при температуре не ниже 20°С после чего производят распалубку и дальнейшее хранение в течение 28 суток.

В таблице 1 приведены конкретные составы предлагаемой бетонной смеси для изготовления легкого бетона, а в таблице 2 - основные физико-механические характеристики легкого бетона на основе заявленной бетонной смеси для изготовления легкого бетона.

Таким образом, бетонные смеси, изготовленные из предлагаемой композиции, обладают большим показателем прочности при сжатии на разных этапах твердения, большей морозостойкостью, меньшей теплопроводностью.