способ получения защитно-декоративного покрытия на изделиях из бетона

Формула изобретения

Способ получения защитно-декоративных покрытий на изделиях из бетона, включающий формование защитного слоя, подачу алюминия или меди в плазменную горелку, их расплавление, плазменное напыление и контроль качества готовых изделий, отличающийся тем, что перед плазменным напылением на лицевой поверхности указанных изделий образуют микрошероховатый слой жаростойкого бетона, включающий глиноземистый цемент с наполнителем из фракций молотого шамота 0,315-1,25 мм толщиной 2-3 мкм, а плазменное напыление производят при мощности плазмотрона 8,5 кВт и скорости прохождения плазменной горелки по лицевой поверхности 0,25 м/с.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области получения защитно-декоративных покрытий на изделиях из бетона и может быть использовано в промышленности строительных материалов.

Известен способ получения защитно-декоративного покрытия на изделиях из бетона, заключающийся в плазменном напылении на лицевую поверхность металлов [1] [Федосов С.В., Акулова М.В. Плазменная металлизация бетонов: монография - М.: Издательство АСВ, 2003 - 120 с.].

Недостатком данного способа является высокая энергоемкость процесса и низкая прочность сцепления защитно-декоративного покрытия за счет дегидратации цементного камня в поверхностном слое изделий из бетона.

Наиболее близким техническим решением является способ получения защитно-декоративного покрытия, заключающийся в плазменном напылении меди или алюминия на предварительно сформованный «лицом вниз» защитный керамзитовый слой [2] [Крохин В.П., Бессмертный B.C., Бурлаков Н.М., Попов В.И. Декоративная обработка поверхности строительных материалов плазменным способом. - М.: НИИ, БТИСМ, - 1980, с.125-129].

Недостатком данного способа является высокая энергоемкость процесса (10,5-16,0 кВт), низкое качество защитного слоя за счет затекания цементного теста при формовании «лицом вниз», низкая прочность сцепления защитно-декоративного покрытия за счет дегидратации цементного камня [2].

Целью предлагаемого способа является повышение качества конечного продукта, прочности сцепления защитно-декоративного слоя с основой, снижение энергозатрат и, как следствие, получение высококачественной конкурентоспособной продукции.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе получения защитно-декоративного покрытия перед плазменным напылением на лицевой поверхности изделий из бетона образуют слой жаростойкого бетона, а плазменное напыление производят при мощности плазмотрона 8,5 кВт и скорости прохождения плазменной горелки по лицевой поверхности 0,25 м/с.

Отличительными признаками предлагаемого способа является устранение процессов дегидратации цементного камня в поверхностном слое изделий из бетона за счет предварительно образованного слоя жаростойкого бетона с наполнителем из фракций молотого шамота 0,315-1,25 мм и, как следствие, повышение прочности сцепления защитно-декоративного покрытия с основой при последующем плазменном напылении меди и алюминия.

При формовании слоя жаростойкого бетона 2,0-3,0 мкм с наполнителем из молотого шамота 0,315-1,25 мм на лицевой поверхности изделий из бетона образуется микрошероховатая поверхность, обеспечивающая прочное механическое сцепление напыленного покрытия с основой.

В качестве исходного материала для достижения поставленной цели использовали медь и алюминий в виде порошка или проволоки. Предлагаемый способ предусматривает раздельное использование меди и алюминия как в виде проволоки, так и в виде порошка.

В известном способе защитный слой представляет собой смесь гранул керамзита 1,25-2,5 мм с цементным тестом на основе портландцемента. При плазменном напылении алюминия или меди за счет значительного термоудара в результате дегидратации цементного камня происходит частичное разупрочнение защитного слоя. Это приводит к снижению прочности сцепления защитно-декоративного покрытия с основой. Именно величина прочности сцепления с основой определяет долговечность и качество изделия из бетона.

В предлагаемом способе с целью устранения последствий термоудара и дегидратации цементного камня в поверхностном слое перед плазменным напылением алюминия и меди на поверхности изделий из бетона образуют микрошероховатый слой жаростойкого бетона с наполнителем из молотого шамота с размером гранул 0,315-1,25 мм. Это позволяет по сравнению с известным способом производить напыление при более низких значениях мощности работы плазмотрона и существенно снизить энергозатраты. Высокие температуры плазмы (порядка 8000-1000К) и расплавленного алюминия или меди не вызывают процессы дегидратации в защитном слое жаростойкого бетона. Микрошероховатая поверхность защитного слоя дополнительно обеспечивает высокое механическое сцепление расплавленного алюминия или меди с основой.

Изобретательский уровень предлагаемого способа подтверждается тем, что устранение последствий термического удара и дегидратации цементного камня за счет образования микрошероховатого слоя жаростойкого бетона с наполнителем из молотого шамота позволяет не только получить высококачественное изделие из бетона с высокой прочностью сцепления с основой, но и снизить энергозатраты.

Проведенный анализ известных способов получения защитно-декоративных покрытий на изделиях из бетона позволяет сделать заключение о соответствии заявляемого изобретения критерию «новизна».

Оптимальными условиями получения защитно-декоративного покрытия, экспериментально полученными, является мощность работы плазмотрона 8,5 кВт при скорости прохождения плазменной горелки 0,25 м/с (табл.1).

Таблица 1
Оптимальные параметры плазменного напыления и показатели качества изделий из бетона
№ п/п	Мощность плазмотрона, кВт	Расход плазмообразующего газа, м3/ч	Скорость прохождения плазменной горелки, м/с	Качество изделия
Прочность сцепления покрытия, МПа	Наличие пористости в покрытии
1	4,5	20	0,10	1,03	пористое
0,15	1,21	пористое
0,20	1,35	пористое
0,25	1,42	пористое
0,30	1,36	пористое
2	6,5	20	0,10	1,29	беспористое
0,15	1,47	беспористое
0,20	1,55	пористое
0,25	1,61	пористое
0,30	1,56	пористое
3	8,5*	20	0,10	1,49	беспористое
0,15	1,61	беспористое
0,20	1,75	беспористое
0,25*	1,80*	беспористое
0,30	1,72	пористое
4	10,5	20	0,10	1,27	беспористое
0,15	1,32	беспористое
0,20	1,41	беспористое
0,25	1,54	беспористое
0,30	1,42	пористое
* - оптимальный режим напыления

Использование гранул шамота размером более 1,25 мм приводит к большому перерасходу металла для создания равномерного слоя. Использование гранул менее 0,315 мм не позволяет создать микрошероховатую поверхность и существенно снижает прочность сцепления покрытия с основой, по полученным экспериментально данным - 0,8-1,2 МПа.

Сопоставительные данные показателей качества, технологических параметров и операций предлагаемого и известного способов представлены в табл.2.

Таблица 2
Показатели качества защитно-декоративных покрытий на изделиях из бетона
№ п/п	Показатели	Ед.изм.	Известный способ [2]	Предлагаемый способ
1.	Последовательность технологических операций		Формование изделий из бетона с защитным керамзитовым слоем «лицом вниз»	Образование слоя жаростойкого бетона на лицевой поверхности изделий из бетона
Подача алюминия или меди в плазменную горелку	Подача алюминия или меди в плазменную горелку
Расплавление алюминия или меди в плазменной горелке	Плазменное напыление алюминия или меди на лицевую поверхность изделий из бетона
Плазменное напыление алюминия или меди на лицевую поверхность изделий из бетона
Контроль качества
Контроль качества
2.	Энергозатраты (мощность плазмотрона)	КВт	10,5-16	8,5
(30×0,35=10,5)
(32×0,5=16)
3.	Плазменная горелка		ГН-5Р	ГН-5Р
4.	Расход плазмообразующего газа	л/мин	25-30	20
5.	Расстояние от сопла плазменной горелки до поверхности изделия	мм	240-250	200
6.	Прочность сцепления	МПа	**	1,8
7.	Давление аргона	МПа	0,27-0,29 (2,7-2,9 кгс/см2)	0,25

Продолжение табл.2
1	2	3	4	5
8.	Скорость напыления	м/с	-	0,25
	Материал:
9.	а) проволока алюминия		2,5	2,5
б) проволока меди		1,5	1,5
10.	Состав защитного слоя		Портландцемент, керамзит	Глиноземистый цемент, шамот
11.	Толщина защитного слоя	мм	4-5	2-3
	Размер гранул	мм
12.	- керамзит		1,2-2,5	-
	- шамот		-	0,315-1,25
** - в прототипе не определялась (по данным собственных исследований (0,4-0,8 МПа)).

Пример

Получение защитно-декоративных покрытий на изделиях из бетона.

Для получения защитно-декоративного покрытия использовали бетонное изделие (по прототипу) 2,76×3,18 м.

Предварительно готовили смесь для промежуточного слоя. В качестве смеси для формирования слоя жаростойко бетона использовали:

- глиноземистый цемент по ГОСТ 969 - 20-30%

- наполнитель: шамот с размером гранул 0,315-1,25 мм по ГОСТ 23037 - 70-80%.

Смесь усредняли и затворяли водой. Водный раствор смеси наносили на поверхность панели валиком в автоматическом режиме или промышленным распылителем P-G8. При этом формовали микрошероховатый слой жаростойкого бетона толщиной 2-3 мм.

На промышленном конвейере устанавливали плазменную горелку ГН-5р с приводом электродугового плазмотрона УПУ - 8М. Электрический привод позволял производить возвратно-поступательные движения с горелкой ГН-5р со скоростью 0,1-0,3 м/с. В плазменную горелку в автоматическом режиме подавали медную проволоку 1,5 мм. Расплавленный поток частиц металла напылялся на панель за 30 проходов. Скорость прохождения плазменной горелки ГН-5р составляла 0,25 м/с.

Параметры работы плазмотрона были следующие: рабочее напряжение 30 В, ток 283 А. Плазмообразующим газом служил аргон, расход которого составил 20 л/мин.

После плазменного напыления меди производили контроль качества.

Пример осуществления контроля качества.

Пористость покрытий определяли методом «пятна». После плазменного напыления при оптимальных параметрах работы плазмотрона защитно-декоративное покрытие было беспористое.

Контроль прочности сцепления защитно-декоративного покрытия с основой является разрушающим методом. В этой связи для определения прочности сцепления готовили 5 образцов из бетона размером 60×60×60 мм и напыляли медь по указанной технологии.

К лицевой поверхности пяти образцов приклеивали эпоксидной смолой 5 металлических стержней длиной 150 мм и площадью 1 см² . После полимеризации эпоксидной смолы в течение 24 часов приступали к определению прочности сцепления покрытия с основой на разрывной машине R-0,5.

Образцы с металлическими стержнями закрепляли в специальных зажимах разрывной машины. После равномерного нагружения происходил отрыв защитно-декоративного покрытия.

Прочность сцепления определяли как среднее арифметическое пяти измерений: