Сировинна суміш декоративного бетону для виготовлення виробів та спосіб їх виготовлення

Изобретение относится к составам сырьевых смесей декоративного бетона, применяемых для отделочных работ. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является сырьевая смесь для изготовления изделий из декоративного бетона, содержащая в качестве вяжущего цветной расширяющийся цемент, заполнитель и в качестве затворителя воду при следующем соотношении компонентов, мас. %: причем цветной расширяющийся цемент содержит, мас. %: при этом в качестве расширяющейся добавки используется или смесь 70% глиноземистого шлака и 30% гипса или продукт обжига смеси известняка, гипса и глиноземсодержащего материала, имеющего следующий минералогический состав: C2S - 80 %, С12А - 10%, C4A3S - 10%, а в качестве добавки применяется продукт переработки отходов деревообрабатывающей промышленности, представляющий собой смесь глюконовой (50%) и сахарной (50%) кислот, водородный показатель (рН) которой равен 3-4 [1] и способ изготовления изделий из декоративного бетона, включающий приготовление сырьевой смеси, формование изделий, их предварительную выдержку в течение 1 часа и гидротермальную обработку при атмосферном давлении и температуре 80-90°С в течение 6-8 часов (2]. Недостатком известной сырьевой смеси декоративного бетона и способа его получения являются низкая прочность, высокое водопоглощение и низкий коэффициент размягчения бетона. Задачей изобретения является разработка сырьевой смеси для изготовления изделий из декоративного бетона с улучшенными характеристиками: повышенной прочностью, пониженным водопоглощением и повышенным коэффициентом размягчения бетона и способа изготовления этих изделий посредством подбора компонентов и условий изготовления изделий из декоративного бетона. Поставленная задача решается тем, что сырьевая смесь, содержащая вяжущее и в качестве затворителя воду, дополнительно содержит в качестве затравки вяжущего цветной кремнезем с удельной поверхностью 3...6 тыс. см2/г, в качестве вяжущего-активный кремнеземистый материал (АКМ) в виде кремнистой породы или техногенного кремнезема или смеси кремнистой породы с техногенным кремнеземом с содержанием кремнистой породы в смеси 1-99 мас.%, а в качестве затворителя - воду или раствор гидроксида шел очного металла плотностью 1,01-1,3 г/см3 при следующем соотношении компонентов, в мас. %: Кроме того сырьевая смесь декоративного бетона может содержать заполнитель из горной породы или боя цветного стекла и/или мелкозернистой фракции отходов металла с предельной крупностью зерен 5 мм или их сплавов при следующем соотношении компонентов, в мас.%: а в известном способе получения изделий из декоративного бетона, включающем приготовление сырьевой смеси, формование изделий и их твердение в условиях гидротермальной обработки, отформованные изделия перед гидротермальной обработкой центрифугируют или предварительно выдерживают под пригрузом с давлением 0,001-0,01 МПа в течение 1-120 часов с периодическим вибрационным уплотнением в течение 0,005-0,033 часов с периодичностью от 0,2 до 24 часов, а твердение изделий проходит в условиях гидротермальной обработки при давлении 1-1,6 МПа и температуре 179-200°С в течение 6-24 часов. Сущность изобретения заключается в специфическом механизме структурообразования декоративного бетона. Специфичность механизма структурообразования заключается в следующем. При гидротермальной обработке бетона частицы АКМ растворяются в растворе гидроксида щелочного металла, и выкристаллизовываются из растворе в форме кварца на микрочастицах кварца цветного кремнезема как на затравке. Рост затравочных частиц за счет растворения и кристаллизации АКМ приводит к их срастанию между собой через кварцевые оболочки и твердению бетона. При этом на месте частиц АКМ образуются замкнутые поры, а в межчастичном пространстве - плотный материал с минимальной технологической поврежденностью с дефектами структуры преимущественно на уровне кристаллов, что и обеспечивает повышение прочности, понижение водопоглощения и повышение коэффициента размягчения. Использование в качестве АКМ техногенного кремнезема или смеси кремнистой породы с техногенным кремнеземом по указанной выше рецептуре и технологии, также позволяет повысить прочность, понизить водопоглощение и повысить коэффициент размягчения бетона. Причем, при использовании в качестве АКМ техногенного кремнезема, представляется возможность значительного снижения концентрации раствора гидроксида щелочного металла или полного исключения из состава затворителя наиболее дефицитного и дорогостоящего компонента - гидроксида щелочного металла, так как техногенный кремнезем в большинстве своем является щелочесодержащим с содержанием оксидов щелочных металлов до 30%. Кроме того использование техногенного кремнезема в смеси с кремнистой породой позволяет, в случае необходимости, обогащать, кремнистую породу с относительно низким содержанием SIO2, что значительно расширяет сырьевую базу. Содержание заполнителя в сырьевой смеси декоративного бетона в виде горной породы, а именно: магматической породы в виде гранитного щебня, метаморфической породы в виде мраморной крошки, вулканической породы в виде перлитового щебня, мелкообломочной породы в виде, кварцевого песка, а также мелкозернистый бой цветного стекла и мелкозернистые фракции отходов металла с предельной крупностью зерен 5 мм или их сплавов в виде чугуна, бронзы и легированной етапи также обеспечивает повышение прочности, понижение водопоглощения и повышение коэффициента размягчения декоративного бетона, так как в условиях гидротермальной обработки поверхность заполнителя проявляет химическую активность, реагируя с гидросиликатом щелочного металла, в результате чего образуются прочные связи между зернами заполнителя и матричным материалом. Кроме того дополнительное содержание заявляемого заполнителя в сырьевой смеси позволяет, имитировать разновидности декоративного природного камня, что значительно повышает декоративные качества бетона. Предлагаемая сырьевая смесь не твердеет в естественных условиях, что позволяет подвергать ее дополнительным технологическим пределам, не лимитированным во времени, а центрифугирование мелкоразмерных или предварительная выдержка крупноразмерных отформованных изделий под пригрузом с давлением 0,001-0,01 МПа в течение 1-120 часов с периодическим вибрационным уплотнением в течение 0,005-0,033 часов периодичностью от 0,2 до 24 часов позволяет значительно сократить расстояние между микрочастицами кварца цветного кремнезема (т. е. между центрами кристаллизации АКМ), вследствие чего значительно упрочняются связи между этими микрочастицами, повышается прочность, коэффициент размягчения и понижается водопоглощение бетона. Оптимальные рецептурно-технологические параметры получения декоративного бетона, зависят прежде всего от химико-минералогического состава АКМ. Так, для кремнистых пород с высоким содержанием активного кремнезема требуется меньшее содержание АКМ и ниже концентрация щелочного раствора, и наоборот, с повышением содержания примесей, содержание АКМ и концентрация щелочного раствора повышаются. Химический состав АКМ приведен в таблице 1. Пример 1. Изготовление образцов декоративного бетона без заполнителя. В качестве АКМ используют ТК вяжущее. Для приготовления затравки в качестве исходного сырьевого материала используют: кварцит с предельной крупностью зерен 5 мм с содержанием SiO2 97,7%. В качестве затворителя используют раствор гидроксида натрия плотностью 1,15 г/см3. ТК вяжущее и кварцит измельчают каждый в отдельности: ТК вяжущее путем дробления в валковой дробилке до предельной крупности зерен 0,315 мм., а кварцит - путем помола в шаровой мельнице, оснащенной уралитовыми мелящими телами, совместно с пигментом - оксидом железа в концентрации 5% до удельной поверхности 6 тыс. см2/г. Ингредиенты бетонной смеси дозируют в соотношении, мас.%: ТК вяжущее - 30; молотый кварцит - 60; раствор гидроксида натрия - 10 и тщательно перемешивают. Из полученной бетонной смеси с помощью лабораторной виброплощадки формуют образцы-кубы. При этом продолжительность вибрирования составляет 0,033 ч. Отформованные образцы центрифугируют в течение 0,033 ч, помещают в автоклав и подвергают гидротермальной обработке при давлении 1,2 МПа и температуре 187°С по режиму: 3 часа подъем температуры и давления; 14 часов - время изотермической выдержки и 4 часа - снижение давления до атмосферного и температуры до 40-50°С. Полученные образцы распалублевают и испытывают на прочность при сжатии, водопоглощение и коэффициент размягчения по стандартным методикам. Рецептурно-технологические условия приготовления бетона и его свойства приведены в таблице 2 (см. графу 6). Пример 2. Изготовление образцов декоративного бетона с заполнителем. В качестве АКМ используют высококремнеземистую силикатглыбу с предельной крупностью зерен 0,08 мм, в качестве затравки - микрокристаллы кварца с удельной поверхностью 6 тыс. см2/г, в качестве затворителя - воду, в качестве заполнителя - перлитовый щебень. Силикатглыбу измельчают путем дробления в валковой дробилке. Ингредиенты бетонной смеси дозируют в соотношении, мас.%: силикат глыба - 5; микрокристаллы кварца - 4; перлитовый щебень - 88; вода - 3 и тщательно перемешивают. Из полученной бетонной смеси с помощью лабораторной виброплощадки формуют образцы-кубы. При этом продолжительность вибрирования составляет 0,016 ч. Отформованные образцы предварительно выдерживают под пригрузом с давлением 0,001 МПа в течение 72 часов с периодическим вибрационным уплотнением в течение 0,016 часов с периодичностью 12 часов, после чего помещают в автоклав и подвергают гидротермальной обработке придавлений 1 МПа и температуре 179°С по режиму: 3 часа - подъем температуры и давления; 6 часов время изотермической выдержки и 4 часа - снижение давления до атмосферного и температуры до 40-50°С. Полученные образцы распалубливают и испытывают на прочность при сжатии, водопоглощение и коэффициент размягчения по стандартным методикам. Рецептурно-технологические условия приготовления бетона и его свойства приведены в таблице 3 (см. графу 4). Рецептурно-технологические варианты приготовления бетонной смеси и свойства полученного бетона приведены в таблицах 2 и 3. Как видно из таблицы 2 и 3, предлагаемый состав сырьевой смеси и способ изготовления изделий по сравнению с известным техническим решением позволяют повысить прочность на 26-100 МПа при одновременном повышении коэффициента размягчения на 4-11% и снижении водопоглощения на 7.7-12.1 %. Для обоснования вышеуказанных количественных признаков изобретения в таблице 4 приведены свойства декоративного бетона при значениях количественных признаков, выходящих за пределы принятых интервалов. Данные таблицы 4 свидетельствуют о том, что при значениях количественных признаков изобретения, выходящих за пределы принятых интервалов варьирования, положительный эффект по исследуемым свойствам декоративного бетона отсутствует.