Патент на изобретение №2255918

(54) КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕНОВЫХ ИЗДЕЛИЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области строительства, а именно к составам композиций – мелкозернистых бетонных смесей и может найти применение для производства строительных стеновых изделий – камней, кирпичей, в том числе и лицевых, а также для отделки лицевого слоя шлакоблоков. Технический результат – повышение прочности и трещиностойкости при термовлажностной обработке, с сохранением архитектурной выразительности, за счет придания изделиям терракотового цвета. Композиция для изготовления стеновых изделий включает портландцемент белый или серый, керамический песок, полимерсодержащий пластификатор, железосодержащий пигмент и воду, причем в нее дополнительно введена известь гидратная, активная минеральная добавка – прокаленная зола ТЭС, известняковый песок, известняковый и керамический песок взяты с фракциями 0,315-2,5 мм, а в качестве полимерсодержащего пластификатора взят суперпластификатор “С-3” или “С-4”, при следующем соотношении всех компонентов, мас.%: – портландцемент белый или серый – 18-25, известь гидратная – 3-5, керамический песок с фракциями 0,315-2,5 мм – 34-50, известняковый песок с фракциями 0,315-2,5 мм – 9,5-16, суперпластификатор “С-3” или “С-4” – 0,1-0,15, железосодержащий пигмент – 1,9-3, прокаленная зола ТЭС – 5-7, вода – остальное. 2 табл.

Изобретение относится к области строительства, а именно к составам композиций (мелкозернистых бетонных смесей), и может найти применение для производства строительных стеновых изделий (камней, кирпичей, в том числе и лицевых), а также для отделки лицевого слоя шлакоблоков.

Известна сырьевая смесь для изготовления легкого бетона, приведенная в авт. свид. СССР № 392032, М.Кл³ С 04 В 21/12, Б.И. №32, 1973 г., включающая компоненты, при следующем их соотношении, мас.%:

– цемент 20-25

– керамический заполнитель (керамзитовый гравий) 25-40

– известняковый песок из ракушечника с удельной

поверхностью от 60 до 3000 см²/г 15-35

– вода – остальное и

– сверх 100% смеси – 0,01-0,3 мас.% от массы цемента – пластификатор “ССД”.

Наряду с большими достоинствами бетонной смеси, а именно: низкая средняя плотность изделий 1000-1300 кг/м³; достаточная прочность для марок от М50 до M150, что соответствует требованиям ГОСТ 6133-84 “Камни бетонные стеновые”; утилизируются известняковые мелкодисперсные отходы, образующиеся при распиловке известняковых камней в карьерах (или взрывных разработках), имеются и недостатки:

1. Низкий архитектурный вид.

2. Затрудняется формование пустотелых камней, вследствие наличия крупных гранул (от 5 до 20 мм) керамического заполнителя (керамзита).

3. Недостаточная морозостойкость.

Известна и вторая мелкозернистая бетонная смесь, приведенная в авт. свид. СССР № 425869, МКл. С 04 В 15/00, 29/02, опуб. 15.09.72 г., включающая, мас.%:

– цемент 15-20

– песок кварцевый 55-70

– зола ТЭС с удельной поверхностью 1500-3000 см² /г 10-25

– гипс 1-2

– сернокислый натрий 0,2-7

Наряду с достоинствами смеси (уменьшаются усадочные деформации, снижается расход цемента), имеются и недостатки:

1. Низкая трещиностойкость при твердении и эксплуатации, вследствие образования минерала эттрингита, способного расширяться при кристаллизации, особенно при термовлажностной обработке.

2. Низкий архитектурный вид, т.к. частицы золы покрыты пленками из несгоревшего углерода, т.е. цвет золы серый. Такая зола, с примесями угля, отрицательно сказывается и на морозостойкости. Зола ТЭС (см. ГОСТ 6233-84, прилож. № 2, таб. № 4) также относится к числу пигментов серого цвета.

3. На поверхности изделий образуются высолы – светлые пятна, за счет диффузии сернокислого натрия на поверхность изделий с последующей карбонизацией углекислым газом, содержащемся в атмосфере.

Известна и третья композиция, приведенная в авт. свид. СССР № 624901, М.кл. С 04 В 25/02, 1976 г. и включающая компоненты, при следующем их соотношении, мас.%:

– портландцемент (серый) 15,8-16

– латекс бутадиен-стирольный 7,0-7,2

– песок кварцевый 65-67

– известь гидратная 2,0-2,5

– пигмент (железный сурик) 1,0-3,0

– вода 6,5-7,0

Основными недостатками данной композиции являются: недостаточная прочность, морозостойкость и архитектурная выразительность.

Наиболее близкой к предлагаемой композиции по качественному и техническому решению (прототип) является полимерцементная композиция, приведенная в авт. свид. СССР № 1004304, М.Кл.³ С 04 В 25/04, Б.И. № 10, 1983 г. и содержащая компоненты, при следующем их соотношении, мас.%:

– цемент белый 17-20

– кварцевый песок молотый 10-12

– бутадиенстирольный (пластификатор) 5,5-6,0

– пиритные огарки (железосодержащий пигмент) 1,7-2

– кирпич глиняный молотый 54-61

– вода остальное

Наряду с большими достоинствами композиции, конкретно:

1. Утилизирует брак керамики (молотой), выполняющий одновременно три функции (наполнителя, активной алюмосиликатной минеральной добавки цемянки и дополнительно красного пигмента).

2. Достигается архитектурная выразительность (цвет красно-коричневый), что обеспечивается молотым кирпичом и оксиджелезосодержащим пигментом – пиритными огарками, придающими сиреневый цвет (см. “пигменты” – приложение № 2, табл.4 ГОСТ 6133-84 “Камни бетонные стеновые”).

Основными недостатками прототипа являются:

1. Требуется большое количество металлических форм для формования, т.к. формуется смесь вибрированием и последующим затвердением в металлических формах, что объясняется большим содержанием бутадиенстирального латекса.

2. Недостаточная прочность 21,5 МПа, что лимитирует возможность получать пустотелый кирпич и камни пустотелые, в том числе и лицевые с маркой не менее M100.

3. Композиция не подлежит ускоренному твердению (термовлажностной обработке), т.к. бутадиенстирольный латекс не затвердевает при высоких температурах. При термовлажностной обработке изделия покрываются трещинами.

4. Парафин и белый порландцемент относится к дорогостоящим материалам.

5. Изделия не приобретают терракотовый цвет, имитирующий цвет стеновой керамики, изготовляемой на основе красно- или светло-красно жгущейся глины.

Задача изобретения – повысить прочность и трещиностойкость при термовлажностной обработке, с сохранением архитектурной выразительности, за счет придания изделиям терракотового цвета.

Для достижения поставленной задачи, композиция для изготовления стеновых изделий, включающая портландцемент белый, керамический песок, полимерсодержащий пластификатор, железосодержащий пигмент и воду, дополнительно содержит известь гидратную, активную минеральную добавку – прокаленную золу ТЭС, известняковый песок, причем портландцемент может быть взят и серый, известняковый и керамический песок взяты с фракциями 0,315-2,5 мм, а в качестве полимерсодержащего пластификатора взят суперпластификатор “С-3” или “С-4”, при следующем соотношении всех компонентов, мас.%:

– портландцемент белый или серый 18-25

– известь гидратная 3-5

– керамический песок с фракциями 0,315-2,5 мм 34-50

– известняковый песок с фракциями 0,315-2,5 мм 9,5-16

– суперпластификатор “С-3” или “С-4” 0,1-0,15

– железосодержащий пигмент (красный) 1,9-3

– прокаленная зола ТЭС 5-7

– вода остальное

Характеристика компонентов для реализации композиции

1. Вяжущие

1.1. Староскольский ПЦ500, нормальная густота 27,5-29,5%. Минералогический состав. Своб. СаО – 0,2%; С₃S – 60±2%; C₂S – 13%; С₃Ф 7±1%; C₄AF – 13±1%. Соответствует ГОСТ 10178-95. Насыпная плотность -1130-1190 кг/м³.

1.2. Известь гидратная. Отвечает требованиям ГОСТ 9179-77. Сорт – I.

2. Заполнители (пески)

2.1. Керамический измельченный песок. Для измельчения рекомендуется брать любой неглазурованной керамики (брак кирпича, щелевых камней, черепицы или обожженной глины в виде шамота), имеющий красный, светло-красный или темно-красный цвета. Фракция 0,315-2,5 мм. Не рекомендуется, в предлагаемой композиции, фракция менее 0,315 мм (молотая алюмосиликатная минеральная добавка – цемянка, т.к. роль последней выполняет прокаленная зола – ТЭС, т.е. более прочный наполнитель).

2.2. Известняковый песок. Рекомендуется и принят для реализации состава композиции – отходы добычи плотных известняков в виде мелкого и крупного песка, образующегося при взрывных работах, а также в виде высевок от щебня, изготовляемого на фабриках для плавления руды в доменных печах, сырья для портландцемента и заполнителя тяжелых бетонов. Приняты пески и высевки с Барсуковского карьера и фабрики по производству щебня (Тульской обл.). Отходы (песок) имеют насыпную плотность 1490-1500 кг/м³ и содержат 97-99% СаО. Остальное – глинистые и кварцевые примеси со следами оксидов железа. Рекомендуется фракция 0,315-2,5 мм, т.к. во фракции менее 0,315 мм сосредоточена менее плотная порода – глинистые примеси, снижающие прочность композиции, а частицы фракции более 2,5 мм затрудняют изготовление щелевых (дырчатых) камней методом вибропрессования с последующим выталкиванием изделий на поддон. Цвет песка – почти белый с сероватым оттенком.;

3. Прокаленная зола ТЭС до полного удаления частиц угля

Удельная поверхность прокаленной золы ТЭС 2800-3000 см²/г. Насыпная плотность 900-950 кг/м³. Цвет золы после прокаливания – оранжевый или светло-оранжевый. Исходная зола – ТЭС Подмосковного бассейна отвечает требованиям ГОСТ 4810-78. Химический состав золы ТЭС после прокаливания, мас.%: SiO₂ – 65,06; Аl₂О₃ – 22,72-30,15; TiO – 1,03-1,34; FeO – 1,92-3,80; Fе₂О₃ – 7,32-9,49; MgO – 0,68-0,98; CaO – 1,05-1,09; К₂O – 0,76-0,91; Na₂O – 0,42-0,44. П.П.П.-0%.

4. Суперпластификатор “С-3” или “С-4”

Соответствует ТУ 6-14-29-258-79.

5. Пигмент

Рекомендуется оксиджелезосодержащий пигмент, придающий красный цвет, типа железного сурика, отвечающего требованиям ГОСТ 8135-74, или любой другой оксиджелезосодержащий, придающий красный или желто-красный цвета.

Не рекомендуются в качестве пигмента – пиритные огарки, т.к. в соответствии с ГОСТ 8135-74 сообщают сиреневый цвет, а не красный.

Опыты реализации композиции

Предварительно измельчили брак керамического кирпича и черепицы, имеющие красный цвет. Продукт измельчения просеяли через два сита: верхнее с диаметром ячеек 2,5 мм и нижнее с диаметром ячеек 0,315 мм. Остаток на нижнем сите был принят для опытов реализации композиции. Буроугольную золу – ТЭС (гидроотвальную Алексинскую, Тульской обл.) прокаливали на полу кольцевой печи совместно с обжигаемым керамическим кирпичом при максимальной температуре обжига – 900°С. Полученную золу вводили в состав композиции вместе с водой затворения, т.е. в виде шлама, чтобы микрочастицы свободной пережженной извести, содержащиеся в золе, предварительно погасились, что предотвращает вероятность трещин при гидротермальной обработке изделий.

Известняковые мелкодисперсные отходы от взрывных разработок плотных известняков Барсуковского карьера (Тульской обл.) и высевки от известнякового щебня просеяли через два сита с диаметром ячеек: верхнего 2,5 мм и нижнего 0,315 мм. Остаток на сите с диаметром частиц 0,315 мм принят к реализации.

Предварительно подготовленные компоненты: керамический и известняковый песок фр. 0,315-2,5 мм, прокаленную и прогидратированную золу (оранжевого цвета), в виде шлака, а также остальные компоненты, указанные в таблице 1 и в указанном соотношении, дозировали по сухой массе, перемешали до однородного состояния, а, затем формовали в виде образцов цилиндров в металлической форме с диаметром и высотой 70 мм, методом виброуплотнения с удельным давлением 0,04 МПа и в течение 20 сек, с последующим выталкиванием из формы на перфорированный деревянный поддон. После конца схватывания (1,5-2 часа), изделия вместе с поддоном поместили в пропарочную камеру 2+8+2 часа, при максимальной температуре 70-80°С. После пропаривания часть образцов испытали на прочность и др. свойства, а вторую часть оставили для дальнейшего затвердения при нормальных условиях, применительно для бетонов и, после 28 суток, испытали на прочность и др. свойства.

Результаты испытаний сопоставили с требованиями ГОСТ 6133-84 “Камни бетонные стеновые”, а также цвет и другие показатели свойств с требованиями ГОСТ 530-95 “Кирпич и камни керамические” (кроме жаростойкости). Одновременно сопоставили и с показателями свойств изделий, изготовленных из композиции прототипа, результаты испытаний приведены в таблице 2.

Таблица 2
Свойства изделий (образцов), изготовленных на основе композиции
№п/п	Свойства	Предлагаемого состава					Прототипа
		1*	2	3	4	5*	6	7	8
1.	Прочность при:
1.1	– сжатии, МПа						15,5	21,5	17,4
1.2	– изгибе, МПа						4,2	5,2	6,6
2.	Наличие трещин после термовлажностной обработки	нет	нет	нет	нет	нет	есть	есть	есть
3.	Цвет готовых изделий	Терракотовый				Красный с серым оттен.	Красный с коричневым оттенком
Примечание: * Составы № 1 и № 5 являются запредельными, т.к. № 1 не отвечает цели по прочности, а № 5 – по архитектурной выразительности.
* В знаменателе прочность после термовлажностной обработки.

Сопоставительный анализ-свойств с аналогичными свойствами прототипа, приведенными в таблице 2, показывает:

1. Образцы изделий нормального твердения имеют более высокую прочность (выше на 6,2-25%).

2. На поверхности образцов ускоренного твердения, после термовлажностной обработки – отсутствуют трещины, а на поверхности образцов из композиции известной смеси образуются трещины вплоть до разрушения.

3. Образцы приобретают терракотовый цвет, т.е. не теряется архитектурная выразительность.

4. Стеновые изделия из предлагаемой композиции отвечают одновременно требованиям двух ГОСТов, кроме жаростойкости, т.е. ГОСТу 6133-84 “Камни бетонные стеновые” и ГОСТу 530-84 “Кирпич и камни керамические”.

Достижение цели можно объяснить следующими факторами и физико-химическими процессами:

1) Сочетание цветов: белого от портландцемента и от гидратной извести, красного от керамического кирпича и пигмента – железного сурика, светло-серого (почти белого) от известнякового песка и оранжевого от прокаленной буроугольной золы ТЭС, белого от суперпластификатора “С-3” или “С-4” – позволяет получить терракотовый цвет.

2) Достигается плотная упаковка подбором грансостава, т.к. менее прочные частицы керамического песка и известняка (фр. менее 0,315 мм) заменены более прочными и более мелкими частицами из прокаленной золы ТЭС, что положительно сказывается на увеличении прочности.

3) Известняковый песок и покрытие стеклооболочками частицы золы ТЭС относятся к группе лиофобных (водоотталкивающих) материалов, а тонкомолотый кварцевый, принятый в прототипе – к числу лиофильных, т.е. хемосорбционно притягивает молекулы воды, образуя оболочки из геля кремневой кислоты. Наукой это доказано.

Поэтому при формовании вибропрессованием предлагаемой смеси, часть избыточной воды легко отделяется от части смеси и выходит через перфорированное дно формы, что положительно сказывается на прочности. В составе же прототипа избыточная вода (оставшаяся от реакций гидратации минералов клинкера цемента) не удаляется, а испаряется при твердении, оставляя в изделиях поры, что. отрицательно сказывается на прочности.

4) Трещиностойкости при влажностной обработке способствуют три фактора:

– более высокая капиллярно-проводящая способность испаряющейся влаги, за счет более крупной фракции измельченных песков;

– правильный подбор более теплостойкого и способного полимеризироваться при термовлажной обработке суперпластификатора;

– предварительное гашение частиц пережженной извести в составе золы – ТЭС.

Предлагаемая композиция имеет следующие техноэкономические преимущества:

1. Отпадает необходимость в приобретении металлических форм.

2. Не требуется дорогостоящего парафина.

3. Для готовых изделий не требуется разработки специальных технических условий или ГОСТ и технологических регламентов, т.к. они изготовляются по общепринятой технологии производства бетонных шлакоблоков с термовлажностной обработкой и вибропрессованием с последующим выталкиванием, причем отвечают требованиям (кроме жаростойкости) сразу двум ГОСТам № 6133-84 “Камни бетонные стеновые” и № 530-95 “Кирпич и камни керамические” с преобладанием морозостойкости и прочности при изгибе с имитацией цвета стеновой керамики (терракотовый). Поэтому, такие изделия рекомендуем называть “керамобетонные” композиты.

4. Утилизируются известняковые отходы карьеров добычи плотных известняков и буроугольная зола ТЭС, которая прокаливается (обжигается) совместно с керамическим кирпичом.

5. При условии выпуска изделий на кирпичных заводах, не потребуется пропарочных камер, т.к. термообработка осуществляется с сушкой керамического кирпича пластического формования, в течение 72-100 часов при мягком и влажном режиме в первые сутки.

На основании пп.1-5 себестоимость изделий снижается на 28-30% по отношению к изделиям прототипа и обычному керамическому кирпичу.

Формула изобретения

Композиция для изготовления стеновых изделий, включающая портландцемент белый, керамический песок, полимерсодержащий пластификатор, железосодержащий пигмент и воду, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введена известь гидратная, активная минеральная добавка – прокаленная зола ТЭС, известняковый песок, причем портландцемент может быть взят и серый, известняковый и керамический пески взяты с фракциями 0,315 – 2,5 мм, а в качестве полимерсодержащего пластификатора взят суперпластификатор “С-3” или “С-4” при следующем соотношении всех компонентов, мас.%:

Портландцемент белый или серый 18-25

Известь гидратная 3- 5

Керамический песок с фракциями 0,315-2,5 мм 34-50

Известняковый песок с фракциями 0,315-2,5 мм 9,5-16

Суперпластификатор “С-3” или “С-4 0,1-0,15

Железосодержащий пигмент 1,9-3

Прокаленная зола ТЭС 5-7

Вода Остальное

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 03.03.2006

Извещение опубликовано: 27.10.2007 БИ: 30/2007