Ячеистый бетон на основе керамической безобжиговой композиции

Ячеистый бетон на основе керамической безобжиговой композиции

Реферат

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к составам для получения керамического композиционного материала, и может быть использовано для производства теплоизоляционного ячеистого бетона при изготовлении из этого материала стеновых блоков, плит, панелей и др., предназначенных для применения в жилищном, промышленном и гражданском строительстве.

Известно вяжущее для изготовления безобжиговых строительных материалов (см. а/с СССР №245629, кл. МКИ С04В 7/153, бюл. №19, 04.06.1969), включающее молотый доменный шлак, каолиновую глину и несиликатные соединения щелочных металлов, дающих в водных растворах щелочную реакцию.

Известен ячеистый бетон (см. а/с СССР №214367, кл. МКИ С04В 23/06, бюл. №11, 20.03.1968) на вяжущем, включающем молотый доменный шлак, каолиновую глину и несиликатные соединения щелочных металлов.

Недостатками данного вяжущего и ячеистого бетона на его основе являются низкая прочность, водостойкость и высокая хрупкость получаемых материалов.

Последующее развитие науки и опыта применения этих вяжущих, названных шлакощелочными вяжущими (см. Глуховский В.Д. и др. «Шлакощелочные цементы и бетоны», Киев, Будивельник, 1978), возникновение химии неорганических полимеров (см. Толстогузов В.Б. «Неорганические полимеры», М., Наука, 1967 г. и Сычев М.М. «Неорганические клеи». Л., Химия, 1986 г.) привели к пониманию условий создания совершенно новых материалов, подобных природным алюмосиликатам и цеолитам, обладающих высокими физико-механическими свойствами.

Известен ячеистый жаростойкий бетон по способу получения ячеистого жаростойкого бетона (см. патент RU №2103239, кл. МКИ С04В 38/02, бюл. №3, 27.01.1998), содержащий компоненты в следующем соотношении, мас.ч.:

Ферросилиций	60-125
Алюмосиликат	100
Жидкое стекло	80-125
Фторосодержащий компонент	10-20
Едкий натр	10-20
Мелкий заполнитель	125-130

К недостаткам известного ячеистого жаростойкого бетона следует отнести разброс показателей по плотности и прочности материала, особенно для особо легкого бетона, что обуславливается выбранной технологией вспучивания формовочной смеси из-за наличия пристеночного эффекта, перепада плотности по высоте и возможных колебаний температуры в объеме изделия.

Известны гидравлическая композиция и высокопрочный композитный материал по способу получения высокопрочного композитного материал (см. патент RU №2051135, кл. МКИ С04В 28/08, бюл. №36, 27.12.1995), содержащая компоненты в следующем соотношении, мас.ч.:

Молотый доменный шлак	100
Щелочной компонент (гидроксид натрия, гидроксид калия,
карбонат натрия, карбонат калия, силикат натрия,
метасиликат натрия)	0,1-5,0
Водорастворимый полимер (поли(мет)акриламид,
сополимер(мет)акриловой кислоты и (мет)акриламида,
частично гидролизованный поливинилацетат,
карбоксиметилцеллюлоза, гидроксипропилметилцеллюлоза,
натриевый поли(мет)акрилат с мол./м более 10000	1-15
Вода	5-30
Мелкий заполнитель (дымчатый кварц, оксид титана,
карбонат натрия, глина, тонкоизмельченный
кварцевый песок)	2-50

Недостатками известной гидравлической композиции высокопрочного композитного материала являются:

- большой разброс прочностных показателей (Р_сж=68-990 кг/кв.см) и показателей по водостойкости (коэф. размяг.=0,2-0,89);

- низкая водостойкость материала в более чем 80% составов из-за применения неводостойких полимеров;

- большой расход полимерных добавок в составах (до 15%), делающих затвердевший материал горючим, т.к. допускается по нормам не более 4%;

- повышенное содержание в выбранном шлаке СаО=42,2% и MgO=6,4% может приводить в определенных условиях к большим деформациям в твердеющем бетоне и деструктивным процессам.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому объекту, выбранным в качестве прототипа, является шлакощелочной ячеистый бетон (см. патент RU №2123484, кл. МКИ С04В 28/08, бюл. №35, 30.12.1998), включающий молотый доменный гранулированный шлак, низкомодульное жидкое стекло, порообразователь и дисперсно-армирующий материал, содержащая компоненты в следующем соотношении, мас.ч.:

Молотый доменный гранулированный шлак	100
Низкомодульное жидкое стекло	46,7-60,6
Пенообразователь	0,3-1,0
Дисперсно-армирующий материал	0,6

Недостатками известного шлакощелочного ячеистого бетона являются большие (до 6 часов) сроки затвердевания и высокая хрупкость материала.

Задачей изобретения является создание на основе керамического безобжигового композиционного материала вспененного ячеистого конструкционно-теплоизоляционного и особо легкого (плотностью 150-300 кг/куб.м) теплоизоляционного бетона, обладающего хорошей формуемостью, быстрым затвердеванием и набором прочности, высокими прочностными свойствами, водостойкостью и морозостойкостью, низким водопоглощением, отсутствием хрупкости и эффективными теплофизическими свойствами.

Данные задачи решаются согласно изобретению тем, что ячеистый бетон на основе керамической безобжиговой композиции, полученной смещением формовочной смеси, включающей щелочной компонент, минеральное связующее, дисперсно-армирующее волокно и воду, дисперсно-армирующее волокно содержит в качестве минерального связующего метакаолин и аморфный кремнезем, в качестве щелочного компонента - низкомодульное жидкое стекло и кремнефтористый натрий в качестве его отвердителя, в качестве полимерного связующего эмульсию акрилового сополимера эфира метакриловой кислоты и стирола с инициатором отверждения, и дополнительно вводятся гипсовое вяжущее в качестве ускорителя твердения пенобетона в начальные сроки, суперпластификатор в качестве отвердителя полимерного связующего, синтетический пенообразователь и полигидроксилаксановый гидрофобизатор, при этом ячеистый бетон содержит компоненты в следующем соотношении, мас.ч.:

Метакаолин	100
Аморфный кремнезем	10-20
Низкомодулъное жидкое стекло	100-130
Кремнефтористый натрий	15-30
Сополимер эфира метакриловой
кислоты и стирола	3-6
Суперпластификатор на основе
нафталинсульфокислоты и формальдегида	0,3-1,0
Гипсовое вяжущее	3-7
Синтетический пенообразователь	2-3
Гидрофобизатор	0,5-2,5
Стеклянные (базальтовые) волокна	0,3-0,5
Вода	20-50,

в смеси метакаолина, аморфного кремнезема и жидкого стекла стехиометрическое соотношение содержания основных окислов и воды Аl₂О₃:SiO₂:Na₂O:Н₂O выдерживается как 1:(2,1-4,5):(0,6-1,2):(3-7), а содержание окислов СаО и MgO в составе исходных компонентов не должно превышать 15%, и ячеистый бетон на основе керамической безобжиговой композиции содержит в качестве эмульсии акрилового сополимера сополимер эфира метакриловой кислоты и стирола, получаемый эмульсионным способом, «Акрэмос-512», в качестве инициатора отверждения акрилового сополимера и пластификатора формовочной смеси суперпластификатор на основе нафталинсульфокислоты и формальдегида «С-3», синтетический пенообразователь «Пионер-156», в качестве дисперсно-армирующего волокна стеклянные (базальтовые) волокна длиной 6 мм - 70% и длиной 12 мм - 30%.

Сущность изобретения состоит в том, что указанные признаки являются существенными вследствие получения новых технических, эксплуатационных и экономических эффектов.

Так, заявленное техническое решение в отличие от известных предлагает новый элементный состав формовочной смеси, в котором используется акриловый сополимер с отверждающим его инициатором отверждения, в результате отвержденный, в т.ч. при комнатной температуре, материал приобретает высокую эластичность, прочность и водостойкость. Кроме того, при введении в рецептуру формовочной смеси ячеистого бетона выбранного акрилового сополимера вспененная формовочная смесь гидрофобизируется, что исключает оседание формовочной смеси, а структура отвержденного материала гидрофобизируется в объеме. Поддержание в смеси метакаолина, аморфного кремнезема и жидкого стекла стехиометрического соотношения содержания основных окислов и воды Аl₂О₃:SiO₂:Na₂O:H₂O в пределах 1:(2,1-4,5):(0,6-1,2):(3-7) обеспечивает получение высоких показателей материала по прочности и его водостойкости.

Таким образом, отличительными признаками заявленного состава являются новая рецептура керамической безобжиговой композиции с указанным стехиометрическим соотношением содержания основных окислов и воды в смеси метакаолина, аморфного кремнезема и жидкого стекла, использование акриловых сополимеров в производстве стройматериалов с отверждающими их инициаторами отверждения, введение в состав ячеистого бетона синтетического пенообразователя и гидрофобизатора.

Заявителю не известен состав для получения ячеистого бетона на основе керамического безобжигового композиционного материала с указанной совокупностью существенных признаков и заявленная совокупность существенных признаков не вытекает явным образом из современного уровня техники, что подтверждает соответствие заявляемого изобретения критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Предлагаемое изобретение поясняется примерами его выполнения, где в таблице 1 приведены составы формовочной смеси ячеистого бетона, а результаты физико-механических испытаний образцов, приготовленных из этих смесей, представлены в таблице 2.

Таблица 1
Составы смесей ячеистого бетона
Наименование компонентов	Соотношение компонентов в примерах, мас.ч.
1	2	3	Прототип
Доменный шлак	-	-	-	100
Метакаолин	100	100	100	-
Ферросилиций	-	-	10	-
Трепел	10	7-	-	-
Гипсовое вяжущее	5	3	-	-
Жидкое стекло	60	100	90	46,7-60,6
Кремнефтористый натрий	12	20	18	-
Акриловый сополимер	5	3	6	-
Суперпластификатор	1,0	0,5	0,8	-
Дисперсное волокно	0,5	0,3	0,5	0,6
Пенообразователь	2,0	2,5	3,0	0,2-1,0
Гидрофобизатор	-	-	1,0	-
Вода	40	35	45	-
				-

Таблица 2
Физико-механические свойства ячеистого бетона
Наименование показателей	Значения показателей в примерах
1	2	3	Прототип
Плотность, кг/куб, м	320	430	290	150-400
Прочность при сжатии
в возрасте 28 сут., МПа	1,93	2,25	1,74	0,38-1,6
Потеря прочности при водонасыщении, %	16,7	14	8,1	-
Коэф. теплопроводности, Вт/м°С	0,08	0,092	0,076	0,07-0,1
Водопоглощение, %	62	54,1	7,3	-
Морозостойкость, цикл	35	35	35	-

Формовочную смесь ячеистого бетона готовят в смесителе роторного типа или по технологии раздельного приготовления пены и метакаолинового теста с последующим их смешиванием. Заформованные изделия могут твердеть на воздухе с обеспечением их защиты от высыхания в первые 8-10 суток или для ускорения процесса твердения подвергаться тепловой обработке при температуре до 100°С.

Использование изобретения в рамках предложенной рецептуры позволит получать удобоукладываемые формовочные пенобетонные смеси, обладающие быстрым затвердеванием и набором прочности, а затвердевший пенобетон - с повышенными физико-механическими свойствами, морозостойкостью и водостойкостью, отсутствием хрупкости, что обеспечивает получение плотных и прочных пенобетонов с эффективными теплофизическими характеристиками.

1. Ячеистый бетон на основе керамической безобжиговой композиции, полученной смешением формовочной смеси, включающей щелочной компонент, минеральное связующее, дисперсно-армирующее волокно и воду, отличающийся тем, что содержит в качестве минерального связующего метакаолин и аморфный кремнезем, в качестве щелочного компонента низкомодульное жидкое стекло и кремнефтористый натрий в качестве его отвердителя, в качестве полимерного связующего эмульсию акрилового сополимера эфира метакриловой кислоты и стирола с инициатором отверждения, и дополнительно вводятся гипсовое вяжущее в качестве ускорителя твердения пенобетона в начальные сроки, суперпластификатор в качестве отвердителя полимерного связующего, синтетический пенообразователь и полигидросилоксановый гидрофобизатор, при этом ячеистый бетон содержит компоненты в следующем соотношении, мас.ч.:

метакаолин	100
аморфный кремнезем	10-20
низкомодульное жидкое стекло	100-130
кремнефтористый натрий	15-30
сополимер эфира метакриловой кислоты и стирола	3-6
суперпластификатор на основе	0,3-1,0
нафталинсульфокислоты и формальдегида
гипсовое вяжущее	3-7
синтетический пенообразователь	2-3
гидрофобизатор	0,5-2,5
стеклянные (базальтовые) волокна	0,3-0,5
вода	20-50

в смеси метакаолина, аморфного кремнезема и жидкого стекла стехиометрическое соотношение содержания основных окислов и воды Аl₂О₃:SiO₂:Na₂O:H₂О выдерживается как 1:(2,1-4,5):(0,6-1,2):(3-7).

2. Ячеистый бетон на основе керамической безобжиговой композиции по п.1, отличающийся тем, что содержит в качестве эмульсии акрилового сополимера сополимер эфира метакриловой кислоты и стирола, получаемый эмульсионным способом, «Акрэмос-512», в качестве инициатора отверждения акрилового сополимера и пластификатора формовочной смеси суперпластификатор на основе нафталинсульфокислоты и формальдегида «С-3», синтетический пенообразователь «Пионер-156», в качестве дисперсно-армирующего волокна - стеклянные (базальтовые) волокна длиной 6 мм - 70% и длиной 12 мм - 30%.