способ получения и состав смеси неавтоклавного газобетона

Формула изобретения

1. Способ получения неавтоклавного газобетона, включающий дозирование цемента, кремнеземистого компонента, газообразователя, добавок, воды и последующее перемешивание смеси, совмещенное с ее гидромеханической активацией, отличающийся тем, что дополнительно дозируют добавки, продолжительность указанной активации 5-10 мин, а газообразователь вводят за 2-3 мин до ее завершения.

2. Смесь для получения неавтоклавного газобетона, содержащая цемент, кремнеземистый компонент в виде золы ТЭС или мелкого песка, строительный гипс, газообразователь, пластификатор и воду, отличающаяся тем, что она содержит в качестве газообразователя - алюминиевую пудру или пасту и дополнительно активизирующую добавку - содосульфатный отход производства глинозема или другой продукт, в составе которого преобладает сульфат натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цемент 48-52

Указанный кремнеземистый

компонент 10-14

Вода 35-37,5

Указанный газообразователь 0,04-0,06

Строительный гипс 1,2-1,4

Указанная активизирующая

добавка 1,2-1,4

Пластификатор 0,25-0,35

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к получению поризованного (ячеистого) бетона, и рекомендуется к применению в производстве эффективных стеновых материалов для ускорения твердения и снижения их стоимости.

В настоящее время в отечественной практике наряду с автоклавными широкое распространение получили неавтоклавные технологии получения поризованных бетонов как для газобетона, так и для пенобетонного варианта. Их применение позволяет удешевить продукцию, использовать поризованный бетон в монолитном строительстве. Однако исключение автоклавной обработки изделий снижает прочность и замедляет твердение бетона. Предметом изобретения является способ получения и состав смеси неавтоклавного газобетона.

Известна базовая технология получения газобетона, общая как для автоклавного, так и неавтоклавного способов производства, включающая на первой стадии дозирование и перемешивание компонентов основной смеси. На второй приготовление водной суспензии алюминиевой пудры, включающая подготовку и дозирование исходных компонентов, их перемешивание. В процессе подготовки алюминиевую пудру, пассивированную парафиновой оболочкой, обезжиривают водным раствором мыла или сульфанола. На третьей стадии в основную смесь вводят газообразователь - вышеупомянутую водную суспензию депассивированной алюминиевой пудры, после чего обе смеси перемешивают и заливают объединенную смесь в формы. В последних происходит ее поризация (вспучивание) и твердение: в автоклавной технологии в автоклаве при повышенных температурах и давлении, в неавтоклавной - либо в пропарочной камере, либо в нормальных условиях [1] (Инструкция по изготовлению изделий из ячеистого бетона. СН-277-80 - М.: Стройиздат, 1981). Существенным недостатком рассмотренной технологии считается раздельное приготовление основной смеси и поризующего компонента, что требует тройного перемешивания. Использование автоклавов удорожает процесс и снижает его производительность. Менее сложна и менее затратна неавтоклавная технология, исключающая применение устройств высокого давления. Известна технология неавтоклавного ячеистого бетона, применяемая на Кишеневском комбинате строительных материалов [2] (Горяйнов К.В. Технология теплоизоляционных материалов и изделий. - М.: Стройиздат, 1982). При этом использован состав смеси, мас.%: цемент 54,8; кремнеземистая добавка (зола ТЭС) 3,4; пудра алюминиевая, пассивированная 0,04; депассиваторы пудры: мыло хозяйственное 0,01 и поверхностно-активное вешество 0,09; вода 40. Указанная технология отличается значительным количеством операций, замедленным твердением и низкой прочностью бетона.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения неавтоклавного газобетона, включающий дозирование цемента, кремнеземистого компонента, газообразователя, добавок, воды и последующее перемешивание смеси, совмещенное с ее гидромеханической активацией [3] (Уфимцев В.М., Владимирова Е.Б., Чернышев А.В. Установка для изготовления газобетона. Свидетельство на полезную модель №21196. 27.12.2001. Бюл. №36), и состав смеси, мас.%: цемент 46,6; кремнеземистый компонент (песок кварцевый, молотый) 14,04; гипс 0,24; известь 0,12; пудра алюминиевая 0,04; вода 39,2 [4] (Лотов В.А., Митина Н.А. Особенности технологических процессов производства газобетона // Строительные материалы, 2000, 4, с. 21-22). Указанный способ [3] позволяет существенно упростить технологию приготовления смеси, исключив тройное перемешивание ее компонентов и операцию по депассивации пудры. Одновременно ускоряется твердение и повышается прочность бетона. Недостатком этого способа следует считать повышенную плотность бетона, что ухудшает его теплозащитные свойства. Недостатком состава, рассмотренного как прототип [4], является применение негашеной извести, обеспечивающей поризацию смеси. Гидроксид кальция, являющийся продуктом ее гидратации, при взаимодействии с алюминием выделяет водород, который образует в смеси замкнутые поры. Использование молотой негашеной извести, едкого пылящего вещества, усложняет технологию и требует дополнительных затрат на обеспечение техники безопасности. При этом скорость твердения смеси и прочность бетона остаются недостаточными.

Предлагаемое техническое решение позволяет устранить указанные недостатки, а именно, ускорить твердение смеси, исключить из ее состава неудобную в использовании известь, получать бетоны заданной плотности, в том числе и теплоизоляционного назначения.

Указанный технический эффект достигается тем, что в способе получения неавтоклавного газобетона, включающем дозирование цемента, кремнеземистого компонента, газообразователя, добавок, воды и последующее перемешивание смеси, совмещенное с ее гидромеханической активацией, дополнительно дозируют добавки, продолжительность указанной активации 5-10 минут, а газообразователь вводят за 2-3 минуты до ее завершения. Смесь для получения неавтоклавного газобетона, содержащая цемент, кремнеземистый компонент в виде золы ТЭС или мелкого песка, строительный гипс, газообразователь, пластификатор и воду, содержит в качестве газообразователя алюминиевую пудру или пасту и дополнительно активизирующую добавку - содосульфатный отход производства глинозема или другой продукт, в составе которого преобладает сульфат натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент 48-52, указанный кремнеземистый компонент 10-14, вода 35–37,5, указанный газообразователь 0,04–0,06, строительный гипс 1,2-1,4, указанная активизирующая добавка 1,2–1,4, пластификатор 0,25-0,35.

Газообразователь вводят без предварительной обработки, то есть без депассивации. Причем он должен вводиться в смесь за 2 3 минуты до завершения процесса механической активации смеси. В этом случае происходит синхронизация процессов газовыделения и активации цементного теста. Известно, что при гидратации основного цементного минерала - трехкальциевого силиката выделяется до 15% гидроксида кальция, способного при взаимодействии с газообразователем (алюминиевой пудрой или пастой) выделять водород. При отсутствии активации процесс гидратации протекает медленно. Поэтому в смесь, взятую в качестве прототипа [4], вводят добавку извести. Совместная активация цемента и пудры в течение 5-10 мин в способе-прототипе [3] сопровождается немедленным взаимодействием образующегося гидроксида кальция и газообразователя, происходящим до заливки смеси в формы. В результате значительное количество газа выделяется из смеси на стадии ее активации. По причине указанных потерь смесь получается недостаточно поризованной. В заявляемом способе к моменту введения газообразователя в смеси образуется достаточно большое количество гидроксида кальция, что обеспечивает быстрое и эффективное его взаимодействие с газообразователем, алюминиевой пудрой или пастой, которое происходит после заливки смеси в форму не ранее 2-3 мин после добавления пудры.

Опытную проверку способа и состава осуществляли в экспериментальной установке, состоящей из ручной сверлильной машины (электродрели) со скоростью вращения шпинделя 800 мин^-1. В патрон машины устанавливали насадку-активатор: металлический стержень, на котором закреплена пластина длиной 80 и шириной 15 мм. Концы пластины противоположно развернуты к плоскости вращения под углом 90^о. Активацию смеси осуществляли в фарфоровой кружке емкостью 1,5 л. В процессе подготовки все компоненты смеси, кроме пудры и воды, взвешивались на технических весах и перемешивались в сухом виде. Сухую смесь увлажняли и перемешивали вручную, а затем заливали в кружку и включали вращение шпинделя. Во всех случаях, кроме опытов А, Б и 1, газообразователь вводился в активатор за 2-3 мин до завершения активации, которая составляла 5-10 мин. Готовую смесь заливали в формы, в которых в течение 5-15 мин происходила ее поризация. Через 1 сутки производили срезание “горбушки” и образцы, кубы с ребром 70 мм извлекали из формы и помещали на нормальное хранение в воздушно-влажные условия. За 1 сутки до испытания образцы высушивались и в таком виде испытывались на сжатие. В опытах использовали материалы: портландцемент М400; песок природный кварцевый с модулем крупности 1,1 и его заменитель кислую золу-унос ТЭС с удельной поверхностью 250 м²/кг; гипс строительный марки Г5; содосульфатный отход производства глинозема, содержащий 75% сульфата натрия, а также сульфатный отход производства каустической соды с содержанием Na₂SO₄ 80%; пластификатор - лигносульфонат технический (ЛСТ), на основе лигнина - лигнопан, который является одной из последних модификаций технолигносульфоната, суперпластификатор С-3; газообразователь - алюминиевая пудра ПАП-1 и ее аналог в виде алюминиевой пасты, а также водопроводную воду. Кроме того, в опытах А и Б применяли известь молотую строительную с содержанием активных оксидов кальция и магния 82%. У полученной смеси определяли подвижность путем измерения размеров “лепешки”, образующейся при отрыве кольца с внутренним диаметром 50 мм и высотой 25 мм, предварительно заполненного смесью.

Результаты проведенных испытаний приведены в таблице, где обозначено содержание: Ц - цемента; К - кремнеземистого компонента (песка); М - модифицирующей добавки, гипса; А - активизирующей добавки; Г - газообразователя, алюминиевой пудры; П - пластификатора; В - воды. Сравнивались свойства смеси: подвижности по величине d - расплыва “лепешки” и бетона, показателя средней плотности сухих образцов D и их прочности на сжатие R_сж.

Опыты А и Б соответствуют составу и способу приготовления смеси по прототипам [3] и [4]. В них использовали добавку извести, а алюминиевую пудру перед введением в смесь депассивировали сульфанолом. В опыте А смесь готовили традиционным способом, не применяя активацию. Его продукт имеет низкую прочность при относительно высокой плотности. При использовании активации (опыт Б) без изменения состава смеси удалось снизить плотность и повысить прочность бетона, однако достигнутые улучшения недостаточны. В опыте 1 основу заявляемого состава (цемент, песок, алюминиевая пудра и вода) готовили с применением механической активации, но газообразователь вводили одновременно со всеми остальными компонентами. В результате механической активации значительно возросла прочность бетона, но, одновременно, увеличилась его плотность. Известь, которая в виде гидроксида выделялась в процессе механической активации, сразу же взаимодействовала с алюминиевой пудрой (газообразователем), то есть процессы активации и выделения газа совмещались по времени. По этой причине значительная часть газа выделилась из смеси до ее заливки в форму, что уменьшило пористость и повысило плотность бетона. В опыте 2 тот же состав подвергали механической активации, но газообразователь вводили в смесь за 3 мин до завершения активации. При этом плотность бетона значительно снизилась, тогда как прочностные показатели уменьшились незначительно. В последующих опытах осуществляли подбор вида и количества активизирующей, модифицирующей и пластифицирующей добавок. Химически активизирующая добавка, содосульфатный отход производства глинозема, введенная в 3-м опыте, значительно ускоряет и усиливает процесс газовыделения в смеси. Кроме того, эта соль является одновременно ускорителем твердения цемента и сульфатнощелочным активизатором реакций взаимодействия кремнезема и извести, выделяющейся при гидратации цемента. Из данных таблицы следует, что в количестве 1,2% она заметно снижает плотность бетона при некотором понижении его прочности - опыт 3. Увеличение его доли до 1,4% в опыте 3а дополнительного эффекта не обеспечило. Гипс, как модифицирующая добавка, ускоряет процесс твердения газобетона и увеличивает прочностные характеристики, что подтверждают результаты опыта 4. Однако увеличение его содержания смеси с 1,2 до 1,4% в опыте 4а обнаружило увеличение плотности бетона, что нежелательно. Снижение плотности газобетона при неизменном расходе газообразователя может достигаться путем увеличения подвижности смеси в процессе ее гидромеханической активации, обусловленной повышением содержания в смеси коллоидных фаз как результата взаимодействия частичек цемента и активатора в водной среде. Активизирующая добавка дополнительно стимулирует этот процесс, то есть она обладает определенным пластифицирующим действием. Для дальнейшего снижения вязкости в смесь вводили пластификатор ЛСТ или лигнопан в количествах 0,25 и 0,35 (опыты 5 и 5а), что заметно повышало подвижность смеси и уменьшало плотность газобетона. Одновременно наблюдалось снижение его прочности, что делает увеличение доли этой добавки свыше 0,35% нецелесообразным. В опытах 6 и 7 уточняли расход наиболее дорогостоящего из обязательных компонентов смеси - алюминиевой пудры. Известно, что снижение плотности газобетона достигается, главным образом, повышением расхода газообразователя, алюминиевой пудры или пасты. Установлено, что в интервале 0,04-0,06% обеспечивается получение продукта с низкой плотностью и достаточной прочностью. Увеличение расхода свыше 0,06% существенного снижения плотности не обеспечивает.

В опытах 8 и 9 уточняли содержание в смеси цемента и песка. В опыте 8 смесь содержит максимум цемента и минимум песка. В 9-м опыте доля цемента в смеси минимальна, а песка - максимальна. В первом случае увеличение расхода цемента на 2% по сравнению с опытом 7 не повысило прочности бетона. В опыте 9 наблюдается заметное снижение прочности образцов. Из этого следует, что уменьшать расход цемента ниже уровня 48% нецелесообразно. В опытах 10, 11 и 12 уточняли режим активации смеси. По сравнению с опытом 5, в котором при общей продолжительности активации 5 мин газообразователь вводили за 3 мин до завершения активации. В указанных опытах время процесса активации составляла 3, 7 и 10 мин. Газообразователь вводили в активированную смесь за 2 мин до завершения активации в опыте 10 и за 3 мин до ее окончания в опытах 11 и 12. Из результатов, представленных в таблице, следует, что при сокращении длительности процесса активации до 3 мин ее возможности реализуются не в полном объеме и полученный бетон имеет повышенную плотность и недостаточную прочность. Увеличение продолжительности активации с 5 до 7 мин несколько ускоряет твердение и повышает стандартную прочность образцов. Дальнейшее увеличение длительности активации до 10 мин сопровождалось увеличением плотности образцов, что нежелательно. Кроме того, в этом случае в сравнении с опытом 5 удваиваются затраты электроэнергии на активацию. Таким образом, оптимальная длительность активации составляет 5-10 мин. Применение предлагаемого технического решения обеспечивает ускорение твердения и повышение прочности неавтоклавного газобетона на 30-40%. Ускорение твердения позволяет сократить технологический цикл, повысить оборачиваемость форм. В случае необходимости оно может применяться для снижения расхода цемента на 25-30%. Однако в этом случае должна сохраняться без изменения продолжительность цикла.

В опыте 3б мелкий песок заменяли на кислую золу-унос, что значительно увеличило водопотребность смеси и, соответственно, уменьшило прочность образцов. В опыте 4б содосульфатный отход производства глинозема заменяли на сульфатный отход производства каустической соды, содержащий около 80% Na₂SO₄. В результате такой замены уменьшилась подвижность смеси и несколько понизилась ее прочность. В опыте 7а алюминиевую пудру заменяли на алюминиевую пасту, взрывобезопасный вариант добавки газообразователя. Такая замена повысила плотность образцов, что свидетельствует о меньшей активности пасты по сравнению с пудрой. Следовательно, при использовании пасты ее расход по сравнению с пудрой необходимо увеличивать на 5-10%. В опыте 7б лигнопан заменяли на суперпластификатор С-3. Результатом этой замены явилось некоторое замедление твердения образцов. Учитывая этот факт, а также более высокую стоимость С-3 по сравнению с лигнопаном такую замену нельзя считать эффективной.

Таким образом, все из рассмотренных заменителей являются в сравнении с основными материалами менее эффективными.

Применение предлагаемого технического решения обеспечивает ускорение твердения и повышение прочности неавтоклавного газобетона примерно на 30-40%, что сокращает технологический цикл производства. В случае необходимости оно может применяться для снижения на 20-30% расхода цемента. В этом случае сохраняется на исходном уровне продолжительность технологического цикла.