сырьевая смесь для изготовления ячеистых материалов и способ ее приготовления

Формула изобретения

1. Сырьевая смесь для изготовления ячеистых материалов, включающая портландцемент марки 500, заполнитель - керамзит дробленый или кварцевый песок, пенообразователь, дисперсную арматуру - полимерное волокно или базальтовое волокно, суперпластификатор и воду, отличающаяся тем, что содержит керамзит дробленый крупностью 0-5 мм, кварцевый песок с М_кр. 1,8 - 2,0, полимерное волокно диаметром 20-50 мкм и длиной 3-18 мм, базальтовое волокно диаметром 13-17 мкм и длиной 6-12 мм, пенообразователь ПБ-2000, суперпластификатор Sika ViscoCrete-3 и дополнительно - многослойные углеродные нанотрубки диаметром 8-40 нм и длиной 2-50 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

портландцемент марки 500	40-45
указанный заполнитель	32
указанный пенообразователь	2
указанное волокно	3-10
указанный суперпластификатор	0,2
указанные нанотрубки	0,4
вода	остальное

2. Способ приготовления сырьевой смеси по п.1, включающий предварительную обработку указанного суперпластификатора с водой и указанными нанотрубками в течение 30-60 с в ультразвуковом диспергаторе с частотой 20 кГц, перемешивание в смесителе полученной суспензии с портландцементом марки 500, заполнителем, пенообразователем ПБ-2000 и волокном в течение 5-6 мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к составам и способам изготовления теплоизоляционных ячеистых материалов.

Известны сырьевая смесь для изготовления ячеистых материалов и способ ее приготовления [Патент РФ № 2206544, 2003 г.- прототип], сущность которого состоит в том, что сырьевая смесь для изготовления ячеистых материалов, включающая связующее вещество, заполнитель, порообразователь - пенообразователь, дисперсную арматуру - волокна и воду, содержит с модулем упругости волокон больше модуля упругости ячеистого материала поперечным сечением, на превышающим 1 мм² , и с отношением длины к площади поперечного сечения более 100 мм^-1 и дополнительно добавку, а в части способа приготовления сырьевой смеси включает перемешивание в смесителе связующего вещества, заполнителя, порообразователя - пенообразователя, дисперсной арматуры - волокон и воды, при этом волокна вводятся хаотично, а при перемешивании дополнительно вводят добавку при следующей последовательности введения компонентов в смеситель: вода, связующее, добавка, заполнитель, пенообразователь, волокна.

Недостатком прототипа является невысокая прочность полученного пенофибробетона на сжатие и растяжение при использовании полимерных и базальтовых дисперсных волокон и, как следствие, небольшие значения коэффициента конструктивного качества ячеистых материалов, а также низкая эффективность процесса приготовления смеси.

Технической задачей заявляемого изобретения является увеличение прочности на сжатие и растяжение и увеличение коэффициента конструктивного качества ячеистых материалов с использованием полимерных и базальтовых дисперсных волокон, а также повышение эффективности процесса приготовления сырьевой смеси.

Технический результат, полученный в процессе решения поставленной задачи, достигается тем, что сырьевая смесь для изготовления ячеистых материалов, включающая портландцемент марки 500, заполнитель - керамзит дробленый или кварцевый песок, пенообразователь, дисперсную арматуру - полимерное волокно или базальтовое волокно, суперпластификатор и воду, содержит керамзит дробленый крупностью 0-5 мм, кварцевый песок с М_кр 1,8-2,0, полимерное волокно диаметром 20-50 мкм и длиной 3-18 мм, базальтовое волокно диаметром 13-17 мкм и длиной 6-12 мм, пенообразователь ПБ-2000, суперпластификатор Sika ViscoCrete-3 и дополнительно - многослойные углеродные нанотрубки диаметром 8-40 нм и длиной 2-50 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент марки 500	40-45
Указанный заполнитель	32
Указанный пенообразователь	2
Указанное волокно	3-10
Указанный суперпластификатор	0,2
Указанные нанотрубки	0,4
Вода	Остальное

Способ приготовления сырьевой смеси по п.1, включающий предварительную обработку указанного суперпластификатора с водой и указанными нанотрубками в течение 30-60 секунд в ультразвуковом диспергаторе с частотой 20 кГц, перемешивание в смесителе полученной суспензии с портландцементом марки 500, заполнителем, пенообразователем ПБ-2000 и волокном в течение 5-6 минут.

При изготовлении ячеистых материалов в качестве связующего использовался портландцемент М 500 (ПЦ 500) Себряковского цементного завода.

В качестве заполнителя применялся керамзит дробленый крупностью 0-5 мм, а также кварцевый песок с модулем крупности 1,8-2,0. Для повышения прочности (особенно на растяжение) ячеистых материалов на микроуровне применялась дисперсная арматура в виде тончайшего строительного микроармирующего волокна (ВСМ) диаметром 20-50 мкм и длиной 3-18 мм с прочностью на разрыв до 500 МПа, производимого по ТУ 2272-006-13429727-2007, а также в виде базальтового волокна диаметром 13-17 мкм и длиной 6-12 мм с прочностью на растяжение до 2000 МПа.

Создание пористой структуры ячеистых материалов осуществлялось путем применения пенообразователя ПБ-2000 в соответствии с ТУ 2481-185-05744685-01. Плотность пены составляет 1,07 г/см³, кратность пены - не менее 9,0, а ее устойчивость - не менее 720 с.

В качестве суперпластификатора использовалась поверхностно-активная добавка Sika ViscoCrete - 3, представляющая собой водный раствор акриловых полимеров 30%-ной концентрации, без содержания формальдегидов, плотностью 1,076 кг/л. Она удовлетворяет требованиям для суперпластификаторов ONORM EN 934-2. Добавка не содержит хлориды или другие вещества, вызывающие коррозию, поэтому она может быть использована в железобетонных конструкциях. При введении указанного полимерного суперпластификатора происходит его адсорбция на поверхности частиц цемента, приводящая к эффекту межмолекулярного отталкивания цементных частиц и повышению подвижности смеси при снижении водоцементного отношения, что способствует последующему увеличению прочности затвердевшего ячеистого материала.

В составе добавки, модифицирующей микро- и наноструктуру ячеистых материалов, использовались многослойные углеродные нанотрубки диаметром 8-40 нм и длиной 2-50 мкм. Использование наноуглеродных трубок значительно изменяет микро- и наноструктуру материалов. Этот эффект связан с тем, что высокопрочные нанотрубки являются центрами кристаллизации новообразований цементного камня. В результате образуется упрочненная микроструктура цементного камня, что значительно повышает прочность затвердевших ячеистых материалов.

Способ приготовления заявляемой сырьевой смеси для изготовления ячеистых материалов заключается в следующем.

Так как углеродные нанотрубки нерастворимы в воде, приготовили суспензию с применением ультразвукового диспергатора. Предварительно суперпластификатор Sika ViscoCrete - 3 совместно с водой затворения и дополнительно вводимой модифицирующей добавкой - углеродными нанотрубками обрабатывают в течение 30-60 секунд в ультразвуковом диспергаторе с частотой 20 кГц. Полученный продукт перемешивают в смесителе при последующем введении компонентов связующего, заполнителя, пенообразователя и волокон в течение 5-6 минут.

Предлагаемый способ получения модифицированной сырьевой смеси позволяет упрочнить структуру ячеистых материалов на микро- и наноуровнях.

Таким образом, применение в составе сырьевой смеси дисперсной арматуры из полимерных и базальтовых волокон, суперпластификатора Sika ViscoCrete - 3 и многослойных углеродных нанотрубок диаметром 8-40 нм и длиной 2-50 мкм способствует, в сравнении с прототипом, увеличению прочности и коэффициента конструктивного качества ячеистых материалов, приготовленных по предлагаемому способу, что и является новым техническим свойством заявляемой сырьевой смеси, приготовленной предлагаемым способом.

Для экспериментальной проверки заявляемой сырьевой смеси, приготовленной предлагаемым способом, изготовили по стандартной методике образцы-балочки размером 10×10×40 см, твердеющие в естественных условиях.

Составы и физико-механические свойства ячеистых материалов, приготовленных по предлагаемому способу, в сравнении с прототипом представлены в таблице.

Анализ представленных в таблице данных показывает, что введение в заявленную сырьевую смесь, приготовленную по предлагаемому способу, дисперсной арматуры из полимерных или базальтовых волокон, суперпластификатора Sika ViscoCrete - 3 и многослойных углеродных нанотрубок диаметром 8-40 нм и длиной 2-50 мкм способствует, при указанных соотношениях входящих в нее компонентов, согласно предлагаемому составу № 1, увеличению прочности на сжатие по сравнению с прототипом - состав 1 на 8,3%, прочности на растяжение при изгибе - на 18,8%, повышению коэффициента конструктивного качества при сжатии - на 28,5%, на растяжение при изгибе - на 40,8%. Прирост прочности заявленной сырьевой смеси (предлагаемый состав № 2) по сравнению с прототипом - состав 6 составляет: при сжатии 9,0%, на растяжение при изгибе - 10,5%, а увеличение коэффициента конструктивного качества при сжатии составляет 18,6%, на растяжение при изгибе - 12,9%.