Результат интеллектуальной деятельности: Сырьевая смесь для производства неавтоклавного газобетона

Техническое решение относится к промышленности строительных материалов, а именно к сырьевым смесям для производства неавтоклавного газобетона и может быть использована для производства теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных газобетонов.

Известен состав сырьевой смеси для получения газобетона (RU №2255073, кл. С04В 38/02, 27.06.2005), в котором в качестве вяжущего применяется портландцемент, в качестве заполнителя - песок, газообразователь в виде алюминиевой пудры, каустическая сода в качестве ускорителя реакции газообразования и вода при следующем соотношении компонентов, мас. %:

- портландцемент - 15-50;

- песок-31-42;

- алюминиевая пудра - 0,10-1,0;

- каустическая сода - 0,05-0,45;

- вода - остальное.

Недостатком известного состава является повышенный расход наиболее дорогого компонента сырьевой смеси - алюминиевой пудры, что влечет за собой увеличение себестоимости газобетона. Кроме того, применение каустической соды в составе сырьевой смеси может повлечь за собой появление такого негативного явления, как высолы на готовых изделиях. Также применение в данном составе песка естественной дисперсности может вызывать явление седиментации при изготовлении и укладке газобетонной смеси, что приводит к неоднородности структуры газобетона, увеличению толщины перегородок, слиянию пор, что влечет за собой осадку смеси, увеличение средней плотности и снижение прочности готовых изделий.

Наиболее близким по технической сути и техническому результату, который достигается, и выбранным как прототип является патент "Сырьевая смесь для производства ячеистого газобетона, твердеющего в среде углекислого газа" (RU №151756, кл. С04В 14/02, С04В 14/36, 10.04.2015). Состав сырьевой смеси включает гашеную кальциевую известь, отходы камнепиления и обработки известняка-ракушечника, алюминиевую пудру и воду при следующем соотношении компонентов, мас. %:

- гашеная кальциевая известь - 18-27;

- отходы камнепиления и обработки известняка-ракушечника - 22-33;

- алюминиевая пудра - 0,07-0,2;

- вода - остальное.

Недостатками прототипа являются:

- повышенный расход наиболее дорогого компонента сырьевой смеси -алюминиевой пудры, что влечет за собой увеличение себестоимости газобетона;

- применение большого количества гашеной извести, что влечет за собой увеличение водотвердого отношения и снижение, в дальнейшем, прочности готовых изделий из-за увеличения степени проявления усадочных явлений в процессе высыхания, увеличивает себестоимость газобетона;

- предлагаемый состав позволяет получать исключительно теплоизоляционный материал с низкими показателями прочности.

Задачей изобретения является разработка сырьевой смеси для производства неавтоклавного теплоизоляционного и конструкционно-теплоизоляционного газобетона, который обладает улучшенными физико-механическими характеристиками, набирая прочность за счет гидратационного и карбонатного твердения, с достижением технического результата - повышение прочности и теплоизоляционных свойств изделий из неавтоклавного газобетона низкой плотности на известково-цементном вяжущем.

Поставленная задача решается тем, что в сырьевой смеси для производства неавтоклавного газобетона, которая содержит заполнитель, смешанное вяжущее вещество, газообразователь и воду, как заполнитель используют отходы камнепиления и обработки мраморовидного известняка крымского месторождения, а как смешанное вяжущее вещество - портландцемент и гашеная кальциевая известь. Соотношение сырьевых компонентов, мас. %:

- гашеная кальциевая известь - 12-21;

- портландцемент - 12-21;

- отходы камнепиления и обработки мраморовидного известняка - 24-42;

- алюминиевая пудра - 0,05-0,07;

- вода - остальное.

Между совокупностью существенных признаков полезной модели и техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.

В заявленной сырьевой смеси как вяжущее используется портландцемент и гашеная кальциевая известь в соотношении 1:1 в количестве 24-42% от общей массы смеси, что является основой для гидратационного и карбонатного твердения в условиях тепловлажностной обработки и повышенной концентрации углекислого газа. Это способствует образованию максимального количества кристаллических новообразований и повышению прочности изделий.

Введение вяжущего в количестве менее 24% недостаточно для формирования пространственной кристаллической структуры, которая обеспечивала бы необходимые физико-механические характеристики изделий. Также снижается коэффициент вспучивания газобетонной массы и наблюдается осадка смеси.

Введение в композицию больше 42% смешанного вяжущего влечет за собой формирование рваной ячеистой структуры с порами неправильной формы в связи с увеличением скорости газообразования. Увеличивается водотвердое отношение, что приводит к образованию большого количества микротрещин и снижает физико-механические характеристики готового изделия. Также введение большого количества вяжущего вещества нецелесообразно с экономической точки зрения.

Использование как заполнителя отходов камнепиления и обработки мраморовидных известняков с удельной поверхностью 2500-3500 см²/г в количестве 24-42% от общей массы смеси позволяет создать в известняково-цементной матрице дополнительные центры кристаллизации, а также улучшить контакты срастания на границе "заполнитель - вяжущее" за счет аналогичной структуры вещества заполнителя с продуктом карбонизации извести - вторичным карбонатом кальция.

Помол отходов камнепиления мраморовидного известняка требует меньших затрат в сравнении с кварцевым песком, потому что этот материал не имеет существенной прочности по сравнению с кремнеземистым компонентом, используемым как заполнитель в традиционных составах сырьевых смесей для получения газобетона. Помол отходов камнепиления до удельной поверхности 2500-3500 см²/г занимает 15-30 мин.

Предлагаемый заполнитель является отходом промышленности и в основном вывозится в отвалы, значит его использование является приоритетным направлением в производстве теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных ячеистых бетонов неавтоклавного твердения.

Сырьевая смесь готовится следующим образом.

Выполняют дозирование компонентов в количестве, мас. %:

- гашеная кальциевая известь -12-21;

- портландцемент - 12-21;

- отходы камнепиления и обработки мраморовидного известняка - 24-42;

В смеситель заливают воду до оптимальной подвижности смеси, обусловленной по стандартному расплыву конуса Суттарда (330-350 мм) (количество воды 29-38% от общей массы смеси), и добавляют газообразователь - 0,05-0,07% от общей массы смеси.

Производят тщательное перемешивание.

Дальше в смеситель из дозатора добавляют вяжущее вещество и заполнитель.

Полученную сырьевую смесь тщательно перемешивают и разливают в формы, которые после предварительной выдержки и схватывания смеси отправляют на пост распалубки и распиловки. Дальше газобетон направляют в камеру тепловлажностной обработки, затем в камеру карбонизации. Как источник углекислого газа можно использовать газы печей обжига извести и теплоэлектростанций. Данные условия обеспечивают гидратационное и карбонатное твердение газобетона.

При подготовке сырьевой смеси использовались отходы камнепиления и обработки мраморовидного известняка из месторождения, расположенного в с. Мраморное. Химический анализ заполнителя показал наличие следующих соединений, %: SiO₂ - 1,9; Аl₂O₃ - 1,57; Fe₂O₃ - 0,68; MgO - 2,54; SO₃ - 0,67; СаO - 48.08.

Заявленная сырьевая смесь характеризуется повышенной прочностью (3,5 МПа) и соответствующей плотностью (500-600 г/см³) с низкими показателями теплопроводности (0,09-0,13 Вт/(мК)) для производства изделий из неавтоклавного газобетона.

Для сравнения: по прототипу физико-механические характеристики пористого бетона: прочность на сжатие - 2,5 МПа; средняя плотность - 700 кг/м3; коэффициент теплопроводности - 0,16-0,18 Вт/(мК).

Пример 1

Соотношение компонентов в сырьевой смеси, мас. %: гашеная кальциевая известь - 12; портландцемент - 12; отходы камнепиления и обработки мраморовидного известняка крымского месторождения - 42; газообразователь (алюминиевая пудра) от общей массы смеси - 0,07. Количество воды - остальное, до оптимальной подвижности смеси, обусловленной стандартным расплывом конуса Суттарда (330-350 мм).

Физико-механические характеристики полученного пористого бетона: прочность на сжатие - 2,5 МПа; средняя плотность - 500 кг/м³; коэффициент теплопроводности - 0,089-0,095 Вт/(мК).

Пример 2

Соотношение компонентов в сырьевой смеси, мас. %: гашеная кальциевая известь - 21; портландцемент - 21; отходы камнепиления и обработки мраморовидного известняка крымского месторождения - 24; порообразователь (алюминиевая пудра) от общей массы смеси - 0,05. Количество воды - остальное, до оптимальной подвижности смеси, обусловленной стандартным расплывом конуса Суттарда (330-350 мм).

Физико-механические характеристики полученного газобетона: прочность на сжатие - 3,5 МПа; средняя плотность - 600 кг/м³; коэффициент теплопроводности - 0,10-0,12 Вт/(мК).

Пример 3

Соотношение компонентов в сырьевой смеси, мас. %: гашеная кальциевая известь -10; портландцемент - 10; отходы камнепиления и обработки мраморовидного известняка крымского месторождения - 46; порообразователь (алюминиевая пудра) от общей массы смеси - 0,09. Количество воды - остальное, до оптимальной подвижности смеси, обусловленной стандартным расплывом конуса Суттарда (330-350 мм).

Физико-механические характеристики полученного газобетона: прочность на сжатие - 1,0 МПа; средняя плотность - 650 кг/м³; коэффициент теплопроводности - 0,12-0,13 Вт/(мК).

Пример 4

Соотношение компонентов в сырьевой смеси, мас. %: гашеная кальциевая известь - 25; портландцемент - 25; отходы камнепиления и обработки мраморовидного известняка крымского месторождения - 16; порообразователь (алюминиевая пудра) от общей массы смеси - 0,08. Количество воды - до оптимальной подвижности смеси, обусловленной стандартным расплывом конуса Суттарда (330-350 мм).

Физико-механические характеристики полученного газобетона: прочность на сжатие - 2,5 МПа; средняя плотность - 600 кг/м³; коэффициент теплопроводности - 0,10-0,11 Вт/(мК).

К преимуществам смеси относится возможность получения теплоизоляционного и конструкционно-теплоизоляционного газобетона, который набирает прочность как за счет гидратационного, так и карбонатного твердения. При этом обеспечивается снижение выбросов углекислого газа в атмосферу путем его секвестрации в готовые изделия. При применении данной смеси в технологии производства неавтоклавного газобетона снижается себестоимость готовой продукции за счет применения в качестве заполнителя отходов добычи и камнепиления известняков вместо дорогостоящего кварцевого песка, использование отходов камнепиления и обработки мраморовидного известняка крымского месторождения обеспечивает утилизацию отходов в Крыму.