Патент на изобретение №2254987

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЯ ИЗ БЕТОННОЙ СМЕСИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области изготовления изделий из бетонной смеси, которые могут быть использованы в ландшафтном оформлении комплексного благоустройства современного градостроительства в виде декоративных ограждений, газонов, дорог, полисадов, цветников, при мощении территорий и других случаев в ландшафтном дизайне. Технический результат – изготовление изделий, обладающих высокой прочностью, долговечностью, морозостойкостью, повышенной химической стойкостью, водонепроницаемостью, а также экономия цемента за счет замены оптимального его количества микрокремнеземом. В способе изготовления изделия из бетонной смеси, включающем приготовление бетонной смеси перемешиванием цемента, песка, пигмента органического или неорганического происхождения, суперпластификатора С-3 и воды с последующей укладкой бетонной смеси в форму с рельефным вкладышем, размещение формы на формовочной плите, уплотнение с помощью вибрации, используют песок с модулем крупности Мкр-2,4-3,2, в бетонную смесь дополнительно вводят микрокремнезем, а компоненты берут в следующем соотношении, мас.%: цемент 19,5-22,0, указанный песок 69,0-69,2, указанный пигмент 0,7-1,0, суперпластификатор С-3 0,1-0,21, микрокремнезем 1,0-3,4, вода остальное, причем перемешивают сначала указанный песок и указанный пигмент в течение 45-50 сек, затем к этой смеси добавляют цемент и микрокремнезем, снова перемешивают в течение 60-70 сек, после чего добавляют воду с суперпластификатором С-3 и перемешивают 120-180 сек, а уплотнение с помощью вибрации осуществляют в течение 1-2 сек с последующим одновременным уплотнением с помощью вибрации и давления 10-15 атм в течение 6-15 сек, после этого свежеотформованное изделие помещают в камеру термовлажной обработки с температурой 17-23⁰С и относительной влажностью 90-100% и выдерживают 15-20 часов, причем форму выполняют из стали, а фигурные вкладыши – из полиуретана. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано при изготовлении изделий малых архитектурных форм, таких как бортовые камни, используемые для ограждений, полисадов, газонов, цветников, дорог и других декоративных обрамлений; камней для мощения, для оформления ландшафта; накрывных камней и других изделий, используемых в ландшафтном дизайне.

Для изготовления изделий, используемых в ландшафтном оформлении в комплексном благоустройстве современного градостроительства, используют цветной архитектурный бетон с высокими показателями по основным физико-механическим свойствам при эксплуатации (прочность, водопоглощение, морозостойкость), соответствующим ГОСТам и ТУ.

Изделия для комплексного благоустройства в процессе эксплуатации подвергаются атмосферным осадкам, переменной температуры и влажности воздуха, газов и пыли различного состава, имеет место и неправильная эксплуатация, что приводит к поверхностным повреждениям и высолам. Поэтому для изготовления изделий предъявляют определенные требования к исходным компонентам и к режимам изготовления изделий.

Известна бетонная смесь (авт. свид. СССР № 506585, С 04 В 28/00, приоритет 25.06.73 г.), включающая крупный шарообразный заполнитель, цемент, воду. В качестве крупного заполнителя содержит плотный керамический заполнитель одного диаметра, причем модуль упругости заполнителя равен модулю упругости цементного камня (диаметр 15 или 30 мм) О-образной формы, что способствует равномерной передаче нагрузки на цементный раствор бетона. Достигаемая цель: повышение прочности и морозостойкости. Однако эта смесь имеет невысокую пластичность и, как следствие, трудности при изготовлении изделий с ровной поверхностью. Известен состав для изготовления декоративно-отделочных изделий (патент РФ № 2166486, С 04 В 28/04, приоритет от 14.09.99 г.), согласно которому для изготовления декоративных мелкоштучных изделий, используемых в строительстве для отделки интерьера, полов, фасадов зданий и сооружений, используют следующий состав смеси: портландцемент 10-30% (ГОСТ 1581-91); цветной цемент 5-10% (ГОСТ 15825-80); тонкодисперсный минеральный порошок 2,8-5,0% (кирпичный помол или пигмент ГОСТ 18958-73); минеральный заполнитель 62-73,5% (песок или щебень); водопоглощающая добавка 0,2-1,5% (суперпластификаторы С-3, ТУ-6-14-625-80 или ФОК). К недостаткам следует отнести – ограниченные возможности.

Известен способ приготовления декоративных и облицовочных строительных изделий (патент РФ № 2114084, С 04 В 28/02, приоритет 27.06.98 г.), включающий приготовление декоративно отделочной смеси, нанесение приготовленной смеси на гладкую форму, укладку на нее изделия и твердение. При этом приготовление декоративно отделочной смеси осуществляют путем смешивания цемента, песка в соотношении 1:1-1:3 соответственно цемента и песка, при этом используют песок следующих фракций, мас.% 2-4 мм 55-70; 0,3-1,2 мм 25-30; 0,03-0,1 мм 20-25. Вводят песок при перемешивании последовательно: сначала фракцию 0,03-0,1, затем 2-4 и затем 0,3-1,2, одновременно, при введении песка фракции 2-4 мм, вводят пигмент, воду и суперпластификатор, после чего приготовленную смесь толщиной слоя 5-50 мм заливают на гладкую форму и на слой уложенной смеси укладывают изделие, твердение осуществляют в течение 24-48 часов при 20-23°С. Предлагаемый способ может быть использован в ограниченных возможностях и наличие пористости.

Известен способ изготовления бетонных изделий (авт. свид. СССР № 1588735, С 04 В 40/02, приоритет 02.01.84 г.), включающий укладку бетонной смеси в форму, уплотнение ее и последующее повторное периодическое вибровоздействие с одновременным измерением электрического параметра твердеющей смеси. Причем каждый период вибровоздействия начинают при максимальном его значении и заканчивают при минимальном, а периодическое воздействие прекращают при достижении постоянного значения электрического потенциала. Способ применим при изготовлении крупногабаритных изделий.

Известна бетонная смесь “Бетосил-С сорбирующий” (патент РФ № 2117647, С 04 В 28/00, приоритет от 30.08.96 г.), которая относится к бетонам, защищающим от ионизирующих излучений и бетонам-консерваторам, применяемым при отверждении радиоактивных отходов. Техническими результатами являются повышение радиационной стойкости бетона, снижение проницаемости, увеличение плотности, прочности и долговечности при сохранении высокой подвижности смеси, в сочетании со способностью к сорбции долговяжущих изотопов. Бетонная смесь содержит, мас.%: портландцемент 36-40, модифицированную добавку – аморфный микрокремнезем 6,8-8, заполнитель – шунгизит 36-40, наполнитель – цеолит 3-6, воду – 11-13, суперпластификатор 0,8-1,0. Бетонная смесь обеспечивает получение материала с прочностью в 28-суточном возрасте не ниже 65 МПа, водонепроницаемостью не ниже W-12, имеющего коэффициент воздухопроницаемости в пределах (3,5-4)·10^-10 м/с, морозостойкость свыше F-300, хорошо сорбирующего и удерживающего изотопы Sr-90, Cs-137, Pu-239, Am-241.

Присутствие в смеси аморфного микрокремнезема в указанном количестве позволяет связать в малорастворимые соединения долгоживущие изотопы. Частицы аморфного микрокремнезема, обладая высокой удельной поверхностью (24 м²/г) и хорошей растворимостью, реагируют в поровом пространстве с гидроокисью кальция, связывая последнюю в труднорастворимый низкоосновной гидросиликат. Благодаря этому в структуре бетона возникает система тончайших микропор, проницаемых для газов, но практически непроницаемых для жидкостей. Такая бетонная смесь имеет ограничение в применении, а способ ее получения относится к традиционным способам.

Известны бетонная смесь, способ получения бетонных изделий из бетонной смеси и технологическая линия для их изготовления (патент РФ № 2103234, С 04 В 28/00, приоритет от 26.12.95 г.), согласно которым бетонная смесь содержит портландцемент, песок с модулем крупности не менее 2 мм, наполнитель в виде щебня, краситель и поверхностно-активную добавку, соотношение компонентов составляет, мас.%: портландцемент 15-23; песок 20-30; наполнитель 47-48; краситель 0,7-1,1; поверхностно-активная добавка 0,04-0,06; вода остальное, при этом размер щебня соответствует 3-10 мм. В качестве поверхностно-активной добавки берут гидрофобизирующую жидкость на основе кремний-органических соединений, а в качестве красителей берут редоксаид, сурик железный, железноокисный пигмент, окись хрома и фталоциановый пигмент или руду марганцевую. Способ для получения бетонной смеси включает укладку бетонной смеси в пластмассовые формы, виброуплотнение смеси, выдержку отформированных изделий в формах до набора распалубочной прочности и их распалубку, согласно изобретению укладку бетонной смеси производят в формах, обработанных антистатиком, виброуплотнение смеси производят в формах в процессе поэтапного заполнения, а перед распалубкой изделий осуществляют нагрев форм до температуры отделения последних от изделий. Кроме того, в технологической линии для изготовления бетонных изделий, содержащей последовательно установленные и технологически связанные бетономешалку, формовочный пост выдержки отформованных изделий и распалубочную установку, соединенную по выходу отработанных форм. Между постом выдержки и распалубочной установкой введена установка, а пост подготовки форм содержит установку антистатической их обработки в виде двух ванн: для раствора антистатика и промывочной воды.

Согласно этому изобретению к недостаткам следует отнести недостаточно высокую плотность изделий и трудность изготовления изделий с фигурными поверхностями.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является способ изготовления изделий из бетонной смеси (патент РФ № 2147017, С 04 В 28/00, 27.03.2000). Согласно этому способу для изготовления элементов дорожного мощения, облицовочных материалов для жилищного строительства, садово-парковой культуры, памятников и художественных изделий используют бетонную смесь, которая содержит: в качестве вяжущего вещества смесь совместного помола портландцемента, пластификатора и кремнеземистых добавок с удельной поверхностью вяжущего вещества 5-7 м²/г, в качестве кремнеземистых добавок используют кварцевые пески со следами соединений циркония, при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемента 99,45-97,85; суперпластификатор С-3 0,5-2; кварцевые пески со следами соединений циркония 0,05-0,15; а соотношение компонентов бетонной смеси следующее, мас.%: вяжущее вещество 20-22; щебень 46-48; песок 27-28; суперпластификатор С-3 0,04; вода остальное и пигменты органического и неорганического происхождения. Способ изготовления изделий из бетонной смеси включает приготовление бетонной смеси перемешиванием цемента, песка, пигмента органического или неорганического происхождения, суперпластификатора С-3 и воды, с последующей укладкой ее в форму с рельефным вкладышем, размещение формы на формовочной плите и уплотнение с помощью вибрации в течение 90-120 с, после чего бетонную смесь выдерживают в формах. Недостатком такого технического решения является ограничение возможностей при эксплуатации изготовленных изделий.

Техническим результатом, достигаемым при реализации предложенного изобретения, является устранение указанных выше недостатков и изготовление изделий из бетонной смеси, обладающих высокой прочностью, долговечностью, морозостойкостью, повышенной химической стойкостью, водонепроницаемостью, что понижает возникновение высолов, а также экономия цемента за счет замены оптимального его количества микрокремнеземом.В способе изготовления изделия из бетонной смеси, включающем приготовление бетонной смеси перемешиванием цемента, песка, пигмента органического или неорганического происхождения, суперпластификатора С-3 и воды с последующей укладкой бетонной смеси в форму с рельефным вкладышем, размещение формы на формовочной плите, уплотнение с помощью вибрации, используют песок с модулем крупности Мкр – 2,4-3,2, в бетонную смесь дополнительно вводят микрокремнезем, а компоненты берут при следующем соотношении, мас.%: цемент – 19,5 – 22,0, указанный песок – 69,0 – 69,2, указанный пигмент 0,7 – 1,0, суперпластификатор С-3 0,1 – 0,21, микрокремнезем 1,0 – 3,4, вода – остальное, причем перемешивают сначала указанный песок и указанный пигмент в течение 45-50 сек, затем к этой смеси добавляют цемент и микрокремнезем, снова перемешивают в течение 60-70 сек, после чего добавляют воду с суперпластификатором С-3 и перемешивают в течение 120-180 сек, а уплотнение с помощью вибрации осуществляют в течение 1-2 сек, с последующим одновременным уплотнением с помощью вибрации и давления 10-15 атм в течение 6-15 сек, после этого свежеотформованное изделие помещают в камеру термовлажной обработки с температурой 17-23⁰С и относительной влажностью 90-100% и выдерживают 15-20 часов, причем форму, возможно, выполняют из стали, а фигурные вкладыши выполняют из полиуретана.

Использование микрокремнезема в бетонной смеси позитивно влияет на свойства изделий, изготавливаемых из предлагаемой бетонной смеси, улучшая их качественные характеристики: прочность, морозостойкость, проницаемость, химическую стойкость, сульфатостойкость, износостойкость, что в результате повышает эксплуатационные характеристики.

Микрокремнезем представляет собой очень мелкие шарообразные частички аморфного кремнезема со средней удельной поверхностью около 20 м²/г, удельная поверхность по воздухопроницаемости составляет 10-25 тыс. см²/г, что в 3-10 раз превышает аналогичный показатель для цемента, плотность в естественном состоянии примерно 2,2 г/см³.

Микрокремнезем наиболее интенсивно связывает СаО из раствора, вступая в химическую реакцию с гидроокисью, по сравнению с другими добавками. Мелкий гранулометрический состав и значительная удельная поверхность зерен микрокремнезема обуславливают высокие пуццолановые свойства и позитивное влияние на свойства бетона. Силикатный гель, образующийся в начальный период гидратации, в дальнейшем переходит в различные морфологические типы CSH, что и является фактором повышения прочности бетонов с микрокремнеземом.

Связывая свободную известь и уплотняя цементный раствор микрокремнезем способствует повышению его коррозийной стойкости, а добавка еще и суперпластификатора С-3 повышает прочность бетона на 30-35%, водонепроницаемость на 25-50%, а сульфатостойкость на 90-100%, уменьшает высолы.

Таким образом, применение микрокремнезема способствует получению более плотных, прочных и долговечных изделий из бетонной смеси. Использование микрокремнезема менее 0,1 вес.% незначительно меняет качественные характеристики бетона, а использование микрокремнезема 3,4 вес.% в составе цемент-микрокремнезем является достаточным для достижения качественных характеристик изделий при эксплуатации в различных атмосферных условиях. Подвижность и удобоукладываемость бетонной смеси зависит от дозировки микрокремнезема. Использование суперпластификатора С-3 в пределах 0,1-0,21 вес.% позволяет сохранять водопотребность цемента с микрокремнеземом на уровне цемента, т.е. не увеличивает нормальную густоту массы, и увеличить за счет этого прочность изделий. При этом уменьшает образование высолов. Использование суперпластификатора С-3 более 0,21 вес.% не приводит к качественному изменению смеси, но неоправданно удорожает смесь. Использование пигмента органического и неорганического происхождения в пределах 1,0-0,7% вес является необходимым и достаточным для получения ярких и сочных тонов изготовляемых изделий.

Параметры вибропрессования и последовательность приемов установлены экспериментально и являются необходимыми в совокупности с используемыми компонентами для изготовления изделий из бетонной смеси с высокими качественными характеристиками.

Пример конкретного выполнения.

Для формования тротуарных изделий берут кварцевый песок с модулем крупности М_кр 2,4-3,2 в количестве 1650 кг (69 вес.%) и пигмент в виде порошка фирмы “Байер” 1 вес.% в количестве 27 кг, загружают в бетоносмеситель принудительного действия и перемешивают в течение 45 сек, затем добавляют к этой смеси цемент марки ПЦ400 в количестве 523 кг (22 вес.%) и микрокремнезем в количестве 27 кг (1 вес.%) и перемешивают в течение 60 сек. Затем добавляют воду в количестве 165 кг (6,9 вес.%) и перемешивают общую массу 120 сек. Для предотвращения образования высолов на лицевых поверхностях бетонных изделий предварительно в воду добавляют суперпластификатор С-3 в количестве 2,75 кг (0,1 вес.%).

Затем бетонную смесь подают в зону формования в форму на нижнюю формовочную плиту, которую опускают на виброплощадку и под действием вибрации осуществляют предварительное уплотнение бетона в течение 1 -2 сек. Затем вибрацию прекращают, на обратном ходу снимают излишки смеси с формы, закрывают форму, опускают пуансон и производят окончательное уплотнение бетонной смеси под одновременным воздействием вибрации и давления, обеспечиваемого массой пуансона с траверсой и усилием гидроцилиндра 10 атм. Продолжительность уплотнения 6 сек. Затем на приемный стол вручную устанавливают поддон вровень с поверхностью формы и свежеотформованные изделия автоматически сталкивают на стол толкателем. Затем переносят поддоны на участок твердения в камеру термовлажной обработки с температурой 20±3°С и относительной влажностью 95±5% и выдерживают 20 часов. Полученное дорожное изделие характеризуется средней плотностью 2300 кг/м³; прочностью при сжатии 42,0 кгс/см², прочностью на растяжение при изгибе 3,6; морозостойкостью не менее F-320; водопоглощение не превышает 4%; стойкость к солевой агрессии соответствует ГОСТам, прочность на истирание 0,45 г/см².

В таблицах 1, 2, 3, приведены примеры других исполнений и результаты испытаний полученных изделий.

Испытания полученных изделий по предлагаемому способу показали, что введение в состав цемента микрокремнезема в сочетании с суперпластификатором С-3 приводит к снижению капиллярной пористости, что в свою очередь приводит к понижению температуры замерзания поровой жидкости в поровом пространстве: снижает вероятность образования высолов и гидросульфоалюминатов кальция – главного разрушающего фактора изделий из бетона, снижает коэффициент диффузии СО₂, позволяет получить особо плотные бетоны, приводит к снижению микротрещинообразования, а также позволяет существенно сократить расход цемента. Выбирая оптимальные дозировки микрокремнезема и суперпластификатора можно на рядовых составах получать марочную прочность бетона, равную 50 МПа.

Формула изобретения

1. Способ изготовления изделия из бетонной смеси, включающий приготовление бетонной смеси перемешиванием цемента, песка, пигмента органического или неорганического происхождения, суперпластификатора С-3 и воды с последующей укладкой бетонной смеси в форму с рельефным вкладышем, размещение формы на формовочной плите, уплотнение с помощью вибрации, отличающийся тем, что используют песок с модулем крупности Мкр – 2,4-3,2, в бетонную смесь дополнительно вводят микрокремнезем, а компоненты берут при следующем соотношении, мас.%:

Цемент 19,5 – 22,0

Указанный песок 69,0 – 69,2

Указанный пигмент 0,7 – 1,0

Суперпластификатор С-3 0,1 – 0,21

Микрокремнезем 1,0 – 3,4

Вода Остальное

причем перемешивают сначала указанный песок и указанный пигмент в течение 45-50 с, затем к этой смеси добавляют цемент и микрокремнезем, снова перемешивают в течение 60-70 с, после чего добавляют воду с суперпластификатором С-3 и перемешивают в течение 120-180 с, а уплотнение с помощью вибрации осуществляют в течение 1-2 с, с последующим одновременным уплотнением с помощью вибрации и давления 10-15 атм в течение 6-15 с, после этого свежеотформованное изделие помещают в камеру термовлажной обработки с температурой 17-23°С и относительной влажностью 90-100% и выдерживают 15-20 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что форму выполняют из стали, а фигурные вкладыши выполняют из полиуретана.