строительный экструзионно-компенсационный блок, линия для его изготовления и способ приготовления поризованного материала для заполнения блока

Формула изобретения

1. Строительный блок, включающий оболочку из плотного песчаного бетона и сердцевину из поризованного материала на основе цемента, отличающийся тем, что он выполнен экструзионно-компенсационным методом с полостью оболочки, разделенной поперечными диафрагмами жесткости на три секции в виде треугольных призм, в сырьевой смеси для получения плотного песчаного бетона использован песок с модулем крупности не менее 1,88 и для обеспечения пластичности цементно-песчаного бетона при формовании дополнительно используется таловый пек в количестве 0,3-1,5% от массы портландцемента, а сырьевая смесь для получения поризованного материала содержит, в расчете на 1 м³ смеси: портландцемент - 159-300 кГ, таловый пек - 0,9 л и водный раствор протеина концентрации 0,75-0,9 мас.%, в объеме от 3,2 до 6,0 л, при этом данный строительный блок имеет одинаковую толщину оболочки блока и диафрагмы жесткости.

2. Способ изготовления оболочки блока (ЭКБ) по п.1, характеризующийся тем, что смешение исходных компонентов производят в бетоносмесителе циклоидного типа с двумя горизонтальными шнеколопастными валами противоположного вращения, в котором применено круговое впрыскивание воды, а формование оболочки блока производят экструзией на ленточном вакуумном прессе.

3. Способ приготовления поризованного материала для заполнения оболочки блока по п.1, характеризующийся тем, что цементную суспензию смешивают с таловым пеком и подают под избыточным давлением во всасывающую полость центробежного насоса (эжектора) одновременно с приготовленной под избыточным давлением смеси, состоящей из воздуха и водного раствора протеина.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано в производстве строительных блоков для ограждения в качестве несущих элементов с теплозащитными свойствами, несущих наборных элементов перекрытия, покрытия по железобетонным балкам таврового профиля.

Известен стеновой строительный элемент, представляющий собой бетонный блок с отверстиями или углублениями, заполненными вспененной карбамидно-формальдегидной смолой до и после отверждения бетона (патент GB №1525238, кл. Е04С 1/06, опубл. 20.09.1978).

Недостатком этого блока является сложность его изготовления из разных материалов с разделением операций, деструкция материалов заполнителя, со временем - потеря теплозащитных свойств, выделение в течение эксплуатационного периода в окружающую среду вредных веществ за счет разложения.

Наиболее близким по технической сущности является строительный элемент, включающий оболочку из плотного и сердцевину из поризованного материала (патент RU №2030527, кл. Е04С 3/30, опубл. 10.03.1995). Одна из продольных стенок оболочки по верхней плоскости выполнена с канавками для пропуска соединительных скоб. В состав оболочки входят цемент, песок и вода, сердцевина изготовлена из цемента, песка, воды, пенообразующей добавки ОП-3. Или «оболочка изготовлена из песчаного бетона, сердцевина изготовлена из поризованного песчаного бетона с использованием пенообразующей добавки ОП-3». В этом изобретении в целях исключения образования мостиков холода предлагают в процессе возведения кладки полностью исключить установку «тычкового» элемента для перевязки стены (для перевязки в двух соседних рядах используются П-образные скобы из арматурного прутка).

Недостатком этого элемента при возведении конструкции ограждающих несущих стен в двухслойной конструкции является наличие слабого звена в перевязке угла стен, поскольку не соблюдается равномерное распределение возникающих напряжений и усилий от вышележащих по уровню строительных конструкций перекрытия, покрытия и т.п.

Очевидно, для формирования несущей части конструкции стены в целом целесообразно было применение тяжелого бетона в пустотах элемента и установка арматурного каркаса в угловых сопряжениях. Из-за различного внуцентренного нагружения при передаче нагрузки строительный элемент должен иметь различную толщину продольной и поперечной стенок. А это приведет к разным термическим сопротивлениям по теплозащите.

В промышленности стеновые блоки производят, в основном, объемным вибропрессованием, заливкой в формовочно-распалубочные формы (патент RU №2157875, кл. Е04С 1/00, опубл. 20.10.2000, а.с. №509429, кл. В28В 1/50, опубл. 04.05.1976. БИ 13), основным недостатком которого является недостаточная пластическая прочность, вибрация частично разрушает структуру кристаллогидратов минералов вяжущего.

Известно, что в песчаных бетонах (по прочности на сжатие В7-В15), особенно при использовании жестких смесей, цементного теста всегда не хватает для заполнения с избытком мелкозернового пространства песка. Такие бетоны относятся к категории крупнопористых («тощих») бетонов из-за уменьшения однородности материала и использование их в качестве несущих конструкций не рекомендуется.

Формирование оболочки блока из жестких цементно-песчаных смесей производится только объемным вибропрессованием, при этом другие способы изготовления строительных элементов, в частности экструзию, по причине абразивности материала использовать нельзя. После формовки оболочку подвергают немедленной распалубке и в ее сердцевину заливают пенопесчаный бетон с объемной массой не менее 350 кг/м³, приготовленный по традиционной технологии (патент RU №2030527, кл. Е04С 3/30, опубл. 10.03.1995).

Способ приготовления поризованного бетона включает дозирование, перемешивание компонентов и их поризацию (патент RU №2010021, кл. С04В 38/10, опубл. 30.03.1994). Поризация через газообразование в процессе приготовления смеси создает условия малоуправляемой реакции и получение материала с непредсказуемыми свойствами.

Известна линия по изготовлению сверхлегкого пенобетона. Исходные компоненты перемешивают с пеной в шнеколопастном смесителе периодического действия (Патент RU №2136490, кл. В28В 15/00, опубл. 10.09.1999). Большинство искусственно созданных пузырьков при перемешивании разрушается, поры становятся открытыми и, как следствие, пенобетон будет иметь низкую поризацию, ухудшенные характеристики по воздухопоглощению и морозостойкости.

Автор поставил задачу получения строительного экструзионно-компенсационного блока из песчаного бетона методом экструзии непрерывным способом с повышенным качеством и производительностью. Постановленная задача решается тем, что строительный экструзионно-компенсационный блок (ЭКБ) содержит оболочку из плотного песчаного бетона, разделенную поперечными диафрагмами жесткости на три секции в виде треугольных призм, которые заполнены поризованным материалом - высокопористой структурной композицией (ВСК), которая служит термодиафрагмой. Оболочка блока и диафрагмы жесткости имеют одинаковую толщину. Для исключения абразивности цементной смеси и повышения пластичности, предохранения от выхода из строя оборудования для повышения однородности «тощих» песчаных бетонных смесей, из которых формуется оболочка (ЭКБ), была использована воздухововлекающая добавка - пек таловый. Введение этой добавки позволяет преобразовать вызванные нехваткой цементного теста беспорядочно расположенные макропоры в микропоры, равномерно распределенные по объему изделия. Расход добавки не превышает 0,3-1,5% на кубометр песчаного бетона от массы цемента. Попутно были проведены следующие мероприятия:

- заменен бетоносмеситель с вертикальным валом на смеситель с горизонтальными валами и перемешиванием во встречных потоках; тем самым компенсировано отсутствие крупного заполнителя, который при перемешивании бетонной смеси вовлекает соседние слои, способствуя перемешиванию в микрообъемах;

- в бетоносмесителе применено круговое впрыскивание воды, что дополнительно повысило качество и уменьшило время перемешивания.

Такая система мероприятий и более тщательная организация работы с песком-заполнителем обеспечила требуемое качество изделий из песчаного бетона.

Подобран состав песчаного бетона для производства всей номенклатуры конструкций для возможного применения в малоэтажном строительстве.

Вместо традиционно используемого мелкого песка (М_к=1,4) в производстве применен крупный лесок (М_к=1,88); это позволило практически не увеличивать расход цемента.

Основу экструзионно-компенсационного блока составляет оболочка из высокопрочного песчаного бетона, которая сразу после формования заполняется высокопористой структурной композицией (ВСК) на основе цемента, воды с добавлением 0,9 л/м ³ пека и водного раствора протеина с концентрацией 0,75-0,9 мас.% в количестве 3,2-6 л/м³. Объемная масса ВСК от 150 кг/м³ и выше. Т.о. в едином технологическом процессе изготавливается блок с несущей способностью, достаточной для многоэтажного строительства, и соответствующий региональным требованиям по теплозащите в соответствии со СНиП П-3-79 «Строительная теплотехника». ЭКБ-блоки могут изготавливаться с цветной, рельефной, колотой и каннелюрной наружной гранью.

На рынке строительного оборудования имеется широкая гамма как отечественных, так и импортных технологий для производства изделий из песчаных бетонов.

Предложенное устройство для изготовления ЭКБ

Предлагаемая линия для производства экструзионно-компенсационного блока (ЭКБ) состоит из установки предварительной подготовки цементно-песчаной смеси в соответствии с имеющейся рецептурой, включающей: бункер песка, бункер цемента, распределительный бак воды, растворосмесительный узел, скиповой подъемник, весовой дозатор цемента, песка, воды. Далее расположенный в технологической последовательности вакуумный ленточный пресс СМК-28 (экструдер), резательный агрегат, штабелеукладчик, пеногенератор, смеситель циклоидного типа, винтовой насос, дозирующее устройство.

Содержание предлагаемого изобретения в заявленном техническом решении реализуется следующим образом.

Предлагаемая технологическая линия позволяет повысить прочность экструзионного пустотелого бруса (представляющего несущую песчано-бетонную оболочку блока ЭКБ).

За счет развивающегося высокого давления в головке экструдера ленточного вакуум-пресса СМК-28, гладкой поверхности насадок при производстве пустотелого бруса, благодаря добавке песка в цементно-песчаную смесь, которая образует на всей поверхности изделия пленку, защищающую брус от обезвоживания в период консолидации цементно-песчаного бетона, создаются условия термосного выдерживания изделий как в камерах термообработки, так и при естественной сушке.

Давление, развиваемое ленточным вакуум-прессом СМК-28 (экструдер), достигает при формировании 28-29 кг/см ². Полностью устраняется пылеобразование в процессе производства, расширяется граница используемого сырья по химическому и физическому составу, сокращаются строительные и эксплуатационные затраты, а вместе с этим себестоимость готовой продукции.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, состоит в получении комплекта термозащищенных унифицированных изделий, домостроительной системы, преимущественно для малоэтажного строительства и сборно-монолитного строительства, с использованием единых типоразмеров экструзионно-компенсационных блоков, для широкого интервала климатических условий эксплуатации, повышения качества за счет точности сборки изделий. При этом трудоемкость кладки стен быстровозводимыми стеновыми блоками (ЭКБ) в 6-10 раз ниже по сравнению с кирпичной кладкой. За счет высокой прочности и морозостойкости отпадает необходимость в оштукатуривании или последующей дорогостоящей облицовке.

Термодиафрагма встроена так, что значительная часть ее периметра (до 80%) выходит и перекрывает в плоскости швы сопряжения, обеспечивая тем самым тепловую изоляцию как самого ЭКБ, так и всех швов сопряжения по всему периметру, ликвидируя трудноустранимые теплопотери (мостики холода) в пролетных строениях ограждающих конструкций над оконными и дверными проемами.

Технический результат в заявленном устройстве достигается установкой филер в мундштуке экструдера СМК-28, открывающих широкую возможность получения различной номенклатуры (ЭКБ), поскольку на экструдере можно производить (наряду с пустотелым брусом) полнотелый для лицевых, рядовых, с вырезом для дверных и оконных проемов, продольные, лицевые половинки для укрытия бетонных перемычек и поясов межэтажных перекрытий поперечные половинки, обеспечивая мобильность самого производства. Термодиафрагма в ЭКБ выполнена в виде трех пустотных образований, которые заполнены высокопористой структурной композицией (ВСК) на основе цемента плотностью более 150 кг/м³ в сухом состоянии. Заполнение производится после разрезки пустотелого экструзионного бруса на типовые размеры блоков.

Кладка таких элементов ведется в два ряда. Перевязка осуществляется за счет установки «тычкового» блока. Для устранения возможных мостков холода кладка осуществляется на цементном клее и имеет минимальную толщину 1,5-2 мм. Восприятие нагрузок в ограждающих конструкциях стен от собственного веса и других нагрузок в блоке осуществляется оболочкой и диафрагмами жесткости. Достижение высоких показателей теплозащитных свойств блока обеспечивается термодиафрагмой из высокоструктурной композиции за счет большой искусственно развитой пористой структуры, образованной при введении добавок: протеина и талового пока в цементную суспензию.

Преградой для проникновения и накопления в процессе эксплуатации конденсатной влаги служит оболочка, разделяющие диафрагмы жесткости и сама термодиафрагма, исключающие полностью конвекцию воздуха внутри блока.

Марка бетона несущей бетонной оболочки ЭКБ в зависимости от технических условий проекта может составлять М15-М 400. Не меняя технологии, можно производить блоки рядовые и лицевые облицовочные (цветные, каннелюрные и колотые, под природный камень). Стеновой материал с такими характеристиками заменяет трехслойную стену. Он пригоден для возведения домов до пяти этажей и, разумеется, для заполнения межэтажных промежутков каркасных домов в качестве ограждающей конструкции и не требующих дополнительной защиты (штукатурки) и декоративной отделки.

Основные достоинства стены из предлагаемых блоков: дешевизна, калиброванные размеры блока и привычная технология кладки, не отличающаяся от возведения обычных кирпичных стен. В блоке практически отсутствуют мостики холода, если кладка ведется на цементный клей.

Стена, выложенная из блоков толщиной 38-40 см, имеет приведенное термическое сопротивление R₀=3,0-3,6 м² °С/Вт. По современным технологическим нормам этого достаточно для большинства российских регионов.

Технология получения экструзионно-компенсационного блока (ЭКБ) - стеновой камень по ГОСТ 6133-84.

Изобретение относится к технологии изготовления ЭКБ из песчано-бетона с требуемыми показателями по прочности, термическому сопротивлению для различных условий эксплуатации, к качеству сборных элементов при устройстве ограждающих и несущих конструкций зданий, к использованию единых типоразмеров, снижения стоимости строительства, пониженной материалоемкости и трудоемкости.

Предложенное техническое решение содержит введение комплексной добавки в цементно-песчаную смесь, при соответствующих показателях водоцементного соотношения, обеспечения при этом пластичности цементного теста, в формировании пустотелого бруса, произведенного экструдером; введения в цементную смесь в качестве добавок высокопористых композиций, регулирование реологических свойств смеси.

Приготовление формовочной массы из цементно-песчаной смеси производится механо-химическим способом в бетоносмесителе и ленточном вакуум-прессе СМК-28 (экструдере).

Механо-химический способ можно отнести к разряду новых, при котором формовочная смесь на первом этапе приобретает пластичность за счет введения воздухововлекающей добавки при перемешивании.

Установлено, что при равноценных исходных данных соотношения цемента, воды, песка в смеси, определяющими технологическими параметрами, влияющие на процесс пластичности, подвижности массы, является добавка талового пека по ГОСТ 29289 - продукта лесохимической переработки по ГОСТ 28670-90. Согласно классификации ГОСТ 12.1.007-76 таловый пек относится к IV классу - малоопасным химическим продуктам.

В результате проведенного комплекса исследований разработаны рецептурно-технологические параметры производства песчанобетона, являющегося основной структурной оболочкой (пустотелого бруса) экструзионно-компенсационных изделий ЭКБ (стеновые камни) табл.1.

Таблица 1
№№ пп	Состоя, показатели	Пример 1	Пример 2	Пример 3	Пример 4 (сравнительный)
1	2	3	4	5	6
1	Цемент ПЦ 400, Д-20, кг	350	350	350	350
2	Песок (Мк 1,88), кг	1400	1400	1400	1400
3	Вода, л	325	325	325	325
4	Таловый пек, г	1050	5250	3500	-
5	Таловый пек, 6% от масс. цемента	0,3	1,5	1,0	-
6	Плотность, кг/м3	1920	1750	1780	2136
7	Прочность, кг/см 2	75	50	70	120
8	Осадка конуса, см	10	9	8	3,5

Внешний вид строительного блока ЭКБ изображен на чертеже.

Оболочку изготовляют следующим образом. В качестве минерального вяжущего используют цемент, в качестве кремнеземистого компонента используют песок с модулем крупности М_к не менее 1,88. Из накопительных бункеров через дозаторы песок и цемент поступает в смеситель циклоидного типа с двумя горизонтальными шнеколопастными валами, вращающимися во встречных потоках. Туда же через дозирующие устройства подают таловый пек и воду. В смесителе происходит смешение всех компонентов. Затем приготовленная смесь по транспортеру поступает в агрегатный ленточный вакуум-пресс (экструдер), например, марки СМК-28, в котором происходит формование экструзионного пустотелого бруса при заранее установленных пустотообразующих элементах в мундштуке. Давление, развиваемое ленточным вакуум-прессом СМК-28, достигает при формировании бруса 28-29 кг/см². Сформированный брус размером 400×188×200 мм, имеющий толщину оболочки и диафрагм жесткости 19 мм, поступает в многострунный резчик, который разрезает одновременно его на 10 блоков. После разделения блоки поступают на узел заполнения высокопористой структурной композицией (ВСК). Укладку готовых блоков производят гидроманипулятором в кассеты, которые затем направляют в зону естественной или принудительной сушки.

Способ приготовления (ВСК) высокопористой структурной композиции

Поризованный материал (ВСК) для заполнения строительного блока ЭКБ готовят следующим образом. В герметичной емкости под избыточным давлением и при одновременном перемешивании цемента воды и талового пека готовят цементно-водную суспензию. Отдельно в другой закрытой емкости готовят под избыточным давлением и при одновременном перемешивании жидкую пену из воздуха и водного раствора протеина. Полученную цементно-водную суспензию под избыточным давлением подают во всасывающую полость центробежного насоса (эжектора). Одновременно с цементной суспензией во всасывающую полость центробежного насоса (эжектора) через дозатор подают жидкую пену в составе водного раствора протеина и воздуха, которая представляет собой стабилизатор и сжатый воздух. При выходе из насоса (эжектора) воздушные пузырьки «распрямляются» из-за обратного перепада давления. Готовая поризованная смесь имеет замкнутые поры, что значительно улучшает показатели по водопоглощению и морозостойкости. Использование добавок в ВСК позволяет получить достаточно устойчивую полуотвержденную массу в течение 5-10 минут с равномерно распределенными воздушными порами диаметром 0,1-1 мм, занимающими 20-90% объема материала. При этом достигается снижение технологической влажности, не превышающей по массе 10%, и, что особенно важно для поризованного материала, снижение в 1,5-2 раза усадочных деформаций. По предлагаемой технологии можно получить ВСК с любой заданной плотностью от 150 до 1050 кг/м ³, изменяя водоцементное отношение (В/Ц) в пределах 0,6-0,9.

В таблице 2 приведены сведения о составе и свойствах ВСК.

Таблица 2
№№ пп	Состав на 1 м3 , показатели	Пример 1	Пример 2	Пример 3
1	2	3	4	5
1	Цемент ПЦ-100, Д-20, кг	159	300	120
2	Вода, л	190	212	80
3	Пек таловый, л/м3	0,9	0,9	0,9
4	Протеин, л/м 3	3,2	3,0	6,0
5	Концентрация водного раствора протеина, мас.%	0,9	0,75	0,75
6	В/Ц	1,1	0,7	0,6
7	Плотность, кг/м 3	850	1050	300

Слово "компенсационный" определяет возможность при использовании строительного блока в ограждающих и несущих строительных конструкциях (стены, элементы наборного перекрытия и покрытия по тавровым балкам) компенсировать за счет однородной структуры оболочки блока и диафрагм жесткости возникающие напряжения от воспринимаемых нагрузок, наличие в блоке термодиафрагм (заполнитель ВСК) позволяет компенсировать вектор градиента (0°С изотермы) знакопеременных температур, держать его практически (с учетом термического сопротивления) в краевой и средних частях строительного блока, исключая полностью морозобойное расслаивание и шелушение. Кроме того, на стадии приготовления цементно-песчаной смеси с учетом вводимой добавки - пека в смесителе с двумя горизонтальными шнеколопастными валами противоположного вращения компенсируется в жестких смесях недостаток цементного теста, исключающий перерасход основного вяжущего цемента.

Слово "циклоидный горизонтальный смеситель" определяет возможность оборудования работать в цикличном режиме в зависимости от показателей пластичности смеси с разными физическими характеристиками.