ЯЧЕИСТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ И СПОСОБ ЕЕ ПРИГОТОВЛЕНИЯ

ЯЧЕИСТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ И СПОСОБ ЕЕ ПРИГОТОВЛЕНИЯ


RU (11) 2303021 (13) C1

(51) МПК
C04B 38/02 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2007.07.20 
(21) Регистрационный номер заявки: 2005136803/03 
(22) Дата подачи заявки: 2005.11.28 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.11.28 
(45) Опубликовано: 2007.07.20 
(56) Аналоги изобретения: SU 1219575 A1, 23.03.1986. SU 485991 А, 19.01.1976. SU 1386465 А1, 07.04.1988. RU 2070172 С1, 10.12.1996. RU 2253567 С2, 10.01.2005. RU 2049562 С1, 10.12.1995. SU 1070129 А, 30.01.1984. US 4214911 А, 29.07.1980. 
(72) Имя изобретателя: Федынин Николай Иванович (RU); Вершинин Николай Петрович (RU); Авакян Арсен Гайкович (RU); Маслов Павел Сергеевич (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Эколит" (RU) 
(98) Адрес для переписки: 346448, Ростовская обл., г. Новочеркасск, ул. Энергетиков, 19, кв.33, П.С. Маслову 

(54) ЯЧЕИСТОБЕТОННАЯ СМЕСЬ И СПОСОБ ЕЕ ПРИГОТОВЛЕНИЯ

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления теплоизоляционных изделий с температурой применения 800-1000°С. Ячеистобетонная смесь содержит, мас.%: портландцемент 16-25, известь 6-10, каменноугольная зола 16-25, алюминиевая пудра 0,18-0,36, карбоксиметилцеллюлоза 0,17-0,25, алсульфат 0,18-0,28, жидкое стекло 0,45-0,6, хлористый кальций 0,2-0,4, трепел 4-5,5, поливинилацетатная дисперсия 8-10, вода остальное. В способе приготовления ячеистобетонной смеси, включающем перемешивание компонентов в турбулентном смесителе с одновременным введением в смесь сжатого воздуха с давлением 1-3 атм через микропористый материал, помещенный в зоне наибольшей турбулентности смеси, заливку смеси в форму, при приготовлении указанной выше смеси предварительно смесь портландцемента, извести, трепела и каменноугольной золы активируют на установке активации процессов, представляющей собой установленную под углом 30-35° с возможностью прохождения через зону активации смеси в течение 1,5-2 мин трубу, внутрь которой загружают измельчаемую смесь с ферромагнитными частицами-иголками и наводят мощное вращающееся электромагнитное поле, с домолом каменноугольной золы до удельной поверхности 4500-5000 см2/г, затем осуществляют указанное перемешивание в турбулентном смесителе полученной смеси, алкилсульфата, карбоксиметилцеллюлозы, поливинилацетатной дисперсии и воды в течение 3-5 мин с последующим введением алюминиевой пудры и хлористого кальция и дополнительным перемешиванием в течение 0,5 мин, а после указанной заливки смесь электропрогревают при температуре до 100°С в течение 1,5 часа. Техническим результатом является повышение прочности ячеистого бетона. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.



ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления теплоизоляционных изделий с температурой применения 800-1000°С.
Известен состав ячеистобетонной смеси (а.с. №594072, С04В 15/02), включающий вяжущее, тонкомолотый кремнеземистый компонент, газообразователь, анионоактивный пенообразователь и добавку при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Вяжущее 33-56 
Газообразователь 0,2-0,3 
Анионоактивный пенообразователь 0,15-0,3 
Хлористый натрий 0,2-0,6 
Гексаметафосфат натрия 0,01-0,03 
Тонкомолотый кремнеземистый компонент остальное 

Данный состав имеет низкую прочность и, как следствие, высокую среднюю плотность.
Известен способ приготовления ячеистобетонной смеси (а.с. №1219575 от 23.03.86 г., бюл. №11, С04В 38/02), включающий перемешивание и поризацию компонентов в турбулентном смесителе, а после автоклавной обработки вначале перемешивают в течение 210-270 с портландцемент, известь, каменноугольную смолу, алкилсульфат, карбоксиметилцеллюлозу, бутадиенстирольный латекс, молотый мел, жидкое стекло и воду, а затем вводят алюминиевую пудру и хлористый кальций и осуществляют перемешивание смеси в течение 20-30 с.
В этом способе приготовления ячеистобетонной смеси перемешивание в турбулентном смесителе не обеспечивает однородности смеси, что приводит к образованию областей пониженной прочности и, соответственно, первичному разрыву при общем сравнительно низком уровне напряжений.
Наиболее близкой по техническому результату является ячеистобетонная смесь (а.с. №1219575, С04В 38/02), включающая портландцемент, известь, каменноугольную золу, алюминиевую пудру, алкилсульфат, карбоксилметилцеллюлозу, молотый мел, жидкое стекло, хлористый кальций, бутадиенстирольный латекс и воду.
Однако данная смесь требует автоклавной обработки изделий, что значительно увеличивает энергозатраты на производство.
Наиболее близким является способ приготовления поризованной строительной смеси (а.с. №485991, С04В 21/10) путем перемешивания твердых компонентов, воды и добавки пенообразователя в турбулентном смесителе в течение 1-2 мин до получения смеси однородной консистенции. Затем при работающем перемешивающем устройстве в смесь вводят сжатый воздух с давлением 1-3 атм. Перемешивание смеси продолжают в течение 2-4 мин до получения заданной степени ее поризации (средней плотности) и затем заливают готовую смесь в форму.
Недостатком данной технологии является невозможность получения материала с низкой средней плотностью, так как с повышением общей пористости изделия, полученного по такой технологии, нарушается ячеистая структура и резко ухудшаются свойства теплоизоляции, кроме того, пенобетон имеет превышающую нормативы влажность.
Задача предлагаемого изобретения - получить безавтоклавный быстротвердеющий ячеистый бетон с температурой применения 800-1000°С.
Поставленная задача достигается тем, что ячеистобетонная смесь, включающая портландцемент, известь, каменноугольную золу, алюминиевую пудру, алкилсульфат, карбоксилметилцеллюлозу, жидкое стекло, хлористый кальций и воду, дополнительно содержит трепел и поливинилацетатную дисперсию, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцмент 16-25 
Известь 6-10 
Каменноугольная зола 16-25 
Алюминиевая пудра 0,18-0,36 
Карбоксилметилцеллюлоза 0,17-0,25 
Алкилсульфат 0,18-0,28 
Жидкое стекло 0,45-0,6 
Хлористый кальций 0,2-0,4 
Трепел 4-5,5 
Поливинилацетатная дисперсия 8-10 
Вода Остальное 

Поставленная задача достигается тем, что способ приготовления ячеистобетонной смеси, включающий перемешивание компонентов в турбулентном смесителе с одновременным введением в смесь сжатого воздуха с давлением 1-3 атм через микропористый материал (ткань, пористая проницаемая керамика), помещенный в зоне наибольшей турбулентности смеси, заливку смеси в форму, а при приготовлении смеси, предварительно смесь портландцемента, извести, трепела и каменноугольной золы активируют на установке активации процессов, представляющей собой установленную под углом 30-35° с возможностью прохождения через зону активации смеси в течение 1,5-2 мин трубу, внутрь которой загружают измельчаемую смесь с ферромагнитными частицами-иголками и наводят мощное вращающееся электромагнитное поле, с домолом каменноугольной золы до удельной поверхности 4500-5000 см2/г, затем осуществляют указанное перемешивание в турбулентном смесителе полученной смеси, алкилсульфата, карбоксилметилцеллюлозы, поливинилацетатной дисперсии и воды в течение 3-5 мин с последующим введением алюминиевой пудры и хлористого кальция и дополнительным перемешиванием в течение 0,5 мин, а после указанной заливки смесь электропрогревают при температуре до 100°С в течение 1,5 часа.
Состав и физико-механические характеристики предложенной ячеистобетонной смеси приведены в таблице.
Для получения ячеистобетонной смеси предлагаемым способом готовят три смеси компонентов (составы 1, 2 и 3 приведены в таблице) из портландцемента, извести, каменноугольной золы с S=4500 см2/г, алюминиевой пудры, алкилсульфата (моющее средство «Прогресс»), карбоксилметилцеллюлозы, поливинилацетатной дисперсии, трепела S=20000 см 2/г, жидкого стекла, хлористого кальция и воды. Одновременно готовят две смеси с запредельным содержанием добавок (составы 4 и 5) для подтверждения оптимальности составов смеси. Готовят также две смеси по известному способу (составы 6 и 7).
Способ приготовления ячеистобетонной смеси заключается в перемешивании портландцемента, извести, золы, алкилсульфата, карбоксилметилцеллюлозы, поливинилацететной дисперсии, трепела, жидкого стекла и воды в турбулентном смесителе типа С-868 в течение 3-5 мин с одновременной подачей воздуха с давлением 1-3 атм и поризации смеси до требуемого объема последующим введением алюминиевой пудры, хлористого кальция и окончательным перемешиванием в течение 0,5 мин.
Предварительно смесь из портландцемента, извести, трепела и каменноугольной золы активируют на установке активации процессов (УАП) (патент №2049562, МПК В03С 1/24), представляющей собой трубу, внутрь которой загружается измельченная смесь с иголками и наводится мощное вращающееся электромагнитное поле, которое взаимодействует с рабочими телами (иголками), сообщая им интенсивное движение с генерацией ряда эффектов, которые совмещаются с термическими, электромагнитными и механическими явлениями, возникающими при ударах иголок друг о друга, об измельчаемую смесь и о стенки трубы в рабочей зоне. Труба УАП установлена под углом 30-35° с таким расчетом, чтобы смесь проходила через зону активации в течение 1,5-2 мин. Из смеси формуют плиты размером 100X400X600 мм и электропрогревают при температуре до 100°С в течение 1,5 часа. Из плит выпиливают кубы 100X100X100 мм для определения характеристик ячеистого бетона.
Включение в ячеистобетонную смесь поливинилацетатной дисперсии при дозировке 15-20% к весу цемента увеличивает прочность при сжатии в 2-3 раза, а при растяжении или раскалывании в 3-4 раза, и повышает текучесть смеси. При такой дозировке также сохраняется сплошность цементного геля в структуре, полимер же заполняет мельчайшие поры и капилляры и обволакивает цементные сростки и частицы заполнителя.
Карбоксилметилцеллюлоза (КМЦ) предотвращает преждевременную коагуляцию поливинилацетатной дисперсии с цементом. Быстрая коагуляция вызывается в основном активностью Са++ и несовместимостью разноименно заряженных частиц цемента и полимера. Обволакивая поверхность частиц полимера, КМЦ поддерживает его стабильность до начала схватывания цемента. Добавка КМЦ имеет настолько сильный структурирующий эффект в сочетании с добавкой поливинилацетатной дисперсии и пенообразующего алкилсульфата, что при дозировке 0,5% наибольшая пластическая вязкость увеличивается на один порядок - в 20-40 раз по сравнению с показателями для смеси с добавкой 10% ПВА. Смеси на золе и смешанном цементно-известковом вяжущем, содержащие 5-10% полимера и 0,1-0,2% КМЦ, имеют реологические характеристики, обуславливающие их высокую пеноспособность и газоудерживающую способность (устойчивость против усадки), и в то же время соответствуют наилучшим условиям формирования структуры материала и получения требуемой прочности.
Присутствие в предлагаемой смеси добавки трепела, обладающего высокой дисперсностью и адсорбционной способностью, заключающейся в усилении коллоидации и минерализации пузырьков пены, способствует ускорению поризации смеси, кроме того, трепел является активной минеральной добавкой, которая существенно повышает жаростойкие свойства портландцемента. Так образцы, содержащие добавки трепела 25% от массы цемента, после нагревания до 1000°С не снижают прочность как непосредственно после охлаждения, так и через 1-3 месяца хранения и даже после 3-х, 4-х кратного нагрева до 1000°С и охлаждения. Жаростойкость ячеистого бетона достигается вследствие изменения микроструктуры цементного камня и возникновения реакции в твердом состоянии в интервале температур 600-800°С между свободной окисью кальция и трепелом.
Предварительная обработка каменноугольной золы и трепела в УАП разрушает пленки на поверхности этих компонентов бетонной смеси и повышает их химическую активность. Одновременно каменноугольная зола домалывается до удельной поверхности 4500-5000 см2/г, что способствует усилению коллоидации и минерализации пузырьков пены.
В результате магнитострикционных эффектов (перемагничивания иголок, сопровождающиеся изменением линейных размеров, в результате чего каждая иголка на своем движении непрерывно излучает силовые импульсы большой разрушительной силы), большого числа столкновений иголок между собой прямыми и скользящими ударами, а также с активируемыми частицами (число столкновений на каждую иголку достигает 103-10 4 в секунду), кавитации, индукционных токов, микродуг (возникают на короткое время замкнутые цепи из иголок и других электропроводящих материалов. В таких цепях под воздействием внешнего поля индуцируются сильные токи, порождающие микродуги) и других факторов воздействия активируемые частицы весьма эффективно разрушаются. При этом на несколько порядков увеличивается поверхность взаимодействия и растет поверхностная энергия. Обозначенные выше эффекты приводят к нагреву измельчаемой смеси до 70-80°С и способствуют активации процессов и прямому переносу вещества, во много раз ускоряя ход различного рода химических реакций. Так прочность цемента после прохождения через УАП повышается на 38-45%.
Обработка сырьевых компонентов в УАП устраняет неоднородность ячеистобетонной смеси, проявляющейся в образовании областей повышенной и пониженной плотности, в которых начинается процесс разрушения, за счет чего происходит первичный разрыв и начинается магистральная трещина. УАП создает условия, при которых отдельные зерна смеси приобретают индивидуальные импульсы ускорения относительно других, менее подвижных стабильных зерен, двигаются между ними и ищут свое оптимальное местоположение, способствуя равномерному перемешиванию. Это повышает прочность ячеистого бетона в 1,5-2,0 раза.
Преимущество применения электропрогрева по сравнению с тепловлажностной обработкой в технологии теплоизоляционных изделий из ячеистобетонной смеси состоит в снижении влажности материала с 10,5-12,0% до 7,5-9,0%, энергопотребления и сроков изготовления изделий до 1,5-2 часов.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Ячеистобетонная смесь, включающая портландцемент, известь, каменноугольную золу, алюминиевую пудру, алкилсульфат, карбоксилметилцеллюлозу, жидкое стекло, хлористый кальций и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит трепел и поливинилацетатную дисперсию при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцемент 16-25 
Известь 6-10 
Каменноугольная зола 16-25 
Алюминиевая пудра 0,18-0,36 
Карбоксилметилцеллюлоза 0,17-0,25 
Алкилсульфат 0,18-0,28 
Жидкое стекло 0,45-0,6 
Хлористый кальций 0,2-0,4 
Трепел 4-5,5 
Поливинилацетатная дисперсия 8-10 
Вода остальное 

2. Способ приготовления ячеистобетонной смеси, включающий перемешивание компонентов в турбулентном смесителе с одновременным введением в смесь сжатого воздуха с давлением 1-3 атм через микропористый материал, помещенный в зоне наибольшей турбулентности смеси, заливку смеси в форму, отличающийся тем, что при приготовлении смеси по п.1 предварительно смесь портландцемента, извести, трепела и каменноугольной золы активируют на установке активации процессов, представляющей собой установленную под углом 30-35° с возможностью прохождения через зону активации смеси в течение 1,5-2 мин трубу, внутрь которой загружают измельчаемую смесь с ферромагнитными частицами - иголками и наводят мощное вращающееся электромагнитное поле с домолом каменноугольной золы до удельной поверхности 4500-5000 см2/г, затем осуществляют указанное перемешивание в турбулентном смесителе полученной смеси, алкилсульфата, карбоксиметилцеллюлозы, поливинилацетатной дисперсии и воды в течение 3-5 мин с последующим введением алюминиевой пудры и хлористого кальция и дополнительным перемешиванием в течение 0,5 мин, а после указанной заливки смесь электропрогревают при температуре до 100°С в течение 1,5 ч.