Способ изготовления ячеистобетонных изделий

 

Изобретение относится к технологии строительных материалов и может быть использовано в промышленности строительных материалов при производстве коммуникаций, зданий и сооружений. Целью изобретения является снижение затрат на изготовление бетона, увеличение прочности, морозостойкости и снижение водопоглощения за счет уменьшения количества капиллярных пор. Указанная цель достигается изготовлением ячеистого бетона, включающего смешение цемента с молотым кремнеземистым компонентом с последующей добавкой газообразователя и воды затворения, и выливкой формовочной смеси в формы, причем сырье для получения газообразователя перед подачей на смешение обрабатывается в псевдоожиженном слое потоком хлористого водорода при температуре 300-350^oC в присутствии соединений железа, алюминия, кальция с последующей отдувкой газообразователя инертным газом при температуре 50-140^oС, а затворение осуществляется водным раствором с pН 7,5-10,5 при времени выдержки в пределах 2-5 мин перед заливкой формовочной смеси в формы. В полученных ячеистых структурах практически отсутствуют в межпоровых перегородках крупные капиллярные поры, которые кольматированы продуктами процессов, происходящих при газообразовании, что положительно сказывается на прочности, морозостойкости и водопоглощении. 1 табл.

Изобретение относится к технологии строительных материалов и может быть использовано в промышленности строительных материалов при производстве коммуникаций, зданий и сооружений.

Известен способ изготовления легких конструктивных бетонов /1/, когда в качестве материалов, снижающих плотность бетонов, используют керамзит или вспученный сланец с добавкой в качестве газообразователя тетраалкилсиланов с общей формулой Si(OR)_nRm. Подготовка газообразователя производится путем погружения легких заполнителей в раствор тетраалкилсиланов. Например, гранулы керамзита погружают на сите в смесь, содержащую 50% эфира кремниевой кислоты и 50% мономерного силана. После выдержки в течение 2 мин гранулы вынимают из смеси и высушивают на воздухе при комнатной температуре в течение 48 ч. С использованием этого способа изготовляют бетон, содержащий, мас. 35,7 портландцемента, 32,5 отработанного керамизита, 1,3 вермикулита, 5,8 золы электрофильтров, 0,3 разжижителя, 6,9 кальцита, который затворен водой при В/Ц 1,26. Средняя плотность полученного бетона после 28 сут твердения составляет 800 кг/м³.

Способ позволяет получать легковесный материал, однако требует больших затрат, бетон обладает низкой морозостойкостью и большим водопоглощением.

Наиболее близким техническим решением по технической сути и достигаемому результату является способ получения ячеистого бетона по /2/. Способ включает смешение цемента с молотым кремнеземистым компонентом, к которым добавляется газообразователь (алюминиевая пудра) и вода для затворения. Формовочная смесь выливается в формы, где происходит затвердевание бетона. Для повышения трещиностойкости, морозостойкости и атмосферостойкости изделий производят тонкий помол песка до удельной поверхности 800-1000 см²/ч, а цемента до 3650-3950 см²/ч. Затворение осуществляют с водотвердым отношением 0,18-0,2.

Способ позволяет повысить прочность ячеистого бетона при использовании цемента высоких марок, несколько повысить морозоустойчивость и уменьшить водопоглощение. Однако использование в качестве газообразователя дорогой алюминиевой пудры удорожает способ и ведет к образованию 3CaOAl₂O₃6H₂O, имеющей рыхлую структуру внутри каждой поры, что способствует появлению капиллярной пористости, снижающей прочностные характеристики и морозостойкость изделий.

Таким образом, возникает задача создания технологии, обеспечивающей исключение использования дорогостоящих реагентов-газообразователей с одновременным улучшением характеристик ячеистого бетона.

Целью изобретения является снижение затрат на изготовление бетона, увеличение прочности, морозостойкости, снижение водопоглощения за счет уменьшения количества капиллярных пор.

Указанная цель достигается тем, что в способе изготовления ячеистых бетонов, включающем перемешивание цемента и молотого песка с последующим введением газообразователя и воды затворения, заливку полученной смеси в форму и структурирование ячеистого бетона, предварительно получают газообразователь путем измельчения технического кремния с примесями 0,7-0,8% железа, 0,5-0,6% алюминия и 0,4% кальция, обработки в псевдоожиженном слое потоком хлористого водорода при температуре 300-350^oС с последующей отдувкой газообразователя инертным газом при температуре 50-140^oС, при перемешивании воду в смесь вводят с pH 7,5 10,5, а перед заливкой в форму смесь выдерживают в течение 2-5 мин.

В качестве исходного материала, подвергаемого обработке, используют кремний или его отходы.

Таким образом, по сравнению с известным техническим решением предложенное техническое решение имеет следующие отличительные признаки: газообразователь перед подачей на смешение обрабатывают в псевдоожиженном слое потоком хлористого водорода; обработка осуществляется в присутствии соединений железа, алюминия, кальция; обработка газообразователя осуществляется при температуре 300-350^oС; отдувка газообразователя после обработки хлористым водородом осуществляется инертным газом при температуре 50-140^oС; затворение осуществляют водным раствором с pH 7,54-10,5; время выдержки перед заливкой формовочной смеси в формы поддерживают в пределах 2-5 мин; в качестве исходного материала для газообразователя используют кремний или его отходы, и, следовательно, обладает признаками "новизны".

Преимущество предложенного способа заключается в применении специальных режимов и операций подготовки газообразователя, причем в процессе подготовки газообразователя дополнительно получаются продукты гидрохлорирования, имеющие специальное применение, что удешевляет процесс обработки газообразователя. Подготовка газообразователя придает ему специфические свойства, которые при затворении водными растворами с подобранными свойствами (pН в пределах 7,5- 10,5) позволяет образовать в изделиях замкнутые поры с минимальным содержанием капиллярных пор, что, в свою очередь, повышает прочность и морозоустойчивость, снижает водопоглощение и позволяет использовать цемент более низких, чем в прототипе, марок, не ухудшая при этом качества готовых изделий, т.е. снижаются затраты на изготовление изделий.

По всем существенным отличительным признакам проведен патентный поиск, известных технических решений не найдено, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованиям "существенные отличия".

При обработке газообразователя при температуре ниже 300^oС его способность к вспучиванию уменьшается, изделие получается плотным, со средней плотностью более 1200 кг/м³, при температуре более 350^oС газообразователь, наоборот, обладает высокими вспучивающими свойствами, что ведет к образованию капиллярных пор, снижению прочности бетона. При отдувке газообразователя инертным газом при температуре ниже 50^oС снижается морозостойкость изделий, при температуре выше 140^oС ухудшается способность к вспучиванию газообразователя, изделие получается плотным со средней плотностью более 1300 кг/м³.

Если затворение осуществляют водным раствором с pН менее 7,5 наблюдается неравномерное порообразование, образуются поры, локально расположенные в структуре изделия, что снижает морозостойкость и повышает водопоглощение. Если pН более 10,5, то изделия не соответствуют требованиям СНиПа и теряют потребительские свойства.

Особое значение при найденной технологии подготовки газообразователя и его использования в процессе создания ячеистых бетонов имеет период от начала затворения до структурирования системы, т.е. заливки формовочной массы в формы. Этот период подобран экспериментально и составляет 2-5 мин. При времени меньше 2 мин не происходит формирования однородной массы, а изделие получается с неоднородной плотностью, при времени больше 5 мин плотность изделия получается довольно высокой (более 1300 кг/м³), что противоречит назначению способа.

Пример осуществления способа.

В качестве исходного сырья для газообразователя использовали технический кремний марки КР-1, содержащий 0,7- 0,8% железа, 0,5-0,6% алюминия и 0,4% кальция. Кремний дробили в щековых дробилках, а затем измельчали в шаровых мельницах до гранулометрического состава: 1,6 0,1 мм 95%
менее 0,1 мм 15%
После помола кремний загружали в аппарат с псевдоожиженным слоем диаметром 1100 мм. Для псевдоожижения в аппарат подавали хлористый водород, который одновременно являлся реагентом для обработки газообразователя. Поддерживали различные температуры при обработке: 280, 300, 320, 350, 370^oC. Результаты приведены в таблице 1. В псевдоожиженом слое поддерживали содержание соединений железа 3-7% алюминия 2-5% кальция до 10% Обработанный газообразователь выводили из реактора потоком парогазовой смеси и улавливали в циклонах и фильтрах. Кроме того, из парогазовой смеси выделяли хлориды кремния, которые являются ценными продуктами, используемыми в промышленности. Получение хлоридов снижает стоимость передела обработки газообразователя и делает процесс рентабельным. Выделенный в системе улавливания газообразователь прогревали до температуры 45, 50, 90, 140, 145^oC с продувкой инертным газом азотом. При этом происходили окончательные процессы формирования требуемых свойств газообразователя. Результаты приведены в таблице 1.

Цемент в количестве 350 г смешивали с молотым песком, который использовали в качестве кремнеземистого компонента. Смесь перемешивали "в сухую" до однородного состояния, после чего вводили газообразователь и смесь перемешивали заново. Отдельно готовили водный раствор с pН 7; 7,5; 8,5; 10,5; 10,7, который добавляли затем для затворения к сухой массе, и полученную формовочную смесь заливали в формы. Поддерживали различное время от начала затворения до заливки в формы. Этот период изменяли в пределах 1, 2, 3,5, 5, 6 мин. Результаты экспериментов приведены в таблице 1.

Из таблицы видно, что лучшие результаты получены при температуре обработки газообразователя в пределах 300-350^oС и отдувке инертным газом при температурах в пределах 50- 140^oС. При этом длительность периода от начала затворения до структурирования системы составила 2-5 мин. Все процессы позволяют достичь цель при затворении водным раствором с pН в пределах 7,5-10,5.

В результате проведения испытаний получены ячеистые бетоны с высокой прочностью. Ячеистая структура получается однородной с равномерным распределением ячеек. Размер пор от 0,65 до 1,75 мм. Полученные микрофотографии на сканирующем микроскопе позволяют сделать заключение, что в межпоровой перегородке практически отсутствуют крупные капиллярные поры, что положительно сказывается на увеличении прочности, повышении морозостойкости, снижении водопоглощения и т. д. Мелкие капиллярные поры имеют размер менее 4,5 мкм. Внутренняя поверхность поры плотная. При увеличении в 6000 раз можно видеть результаты процесса кольматирования, что не имеет места при использовании алюминия в качестве газообразователя. Поскольку заявляемая совокупность признаков позволила достигнуть цели и получить положительный эффект за счет применения нового способа изготовления ячеистого бетона с использованием предложенных авторами приемов и режимов, предложенное техническое решение соответствует требованию "положительного эффекта".

Кроме того, эффективность способа достигается не только за счет улучшения качественных показателей ячеистого бетона, но и за счет возможности применения низких марок цемента для получения качественных изделий, а также за счет получения при обработке газообразователя дополнительных продуктов, имеющих промышленную ценность, что значительно снижает стоимость передела. Ожидаемый экономический эффект 1,2 руб. на 1 м³ изделий из ячеистого бетона, т.е. при выпуске 20 тыс.м³ год экономический эффект составил 24,0 тыс. руб.

Формула изобретения

Способ изготовления ячеисто-бетонных изделий, включающий перемешивание цемента и молотого песка с последующим введением газообразователя и воды затворения, заливку полученной смеси в форму и структурирование ячеистого бетона, отличающийся тем, что предварительно получают газообразователь путем измельчения технического кремния с примесями 0,7 0,8% железа, 0,5-0,6% алюминия и 0,4% кальция, обработки в псевдоожиженном слое потоком хлористого водорода при 300-350^oС с последующей отдувкой газообразователя инертным газом при 50-140°С, при перемешивании воду в смесь вводят с pН 7,5 -10,5, а перед заливкой в форму смесь выдерживают в течение 2-5 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2