Спосіб впливу на властивості бетону на основі органічних заповнювачів

Корисна модель відноситься до будівельної справи, зокрема до способу впливу на властивості бетону на основі мінеральних в’яжучих, наприклад цементного в’яжучого, та органічних заповнювачів (арболіту). Арболіт призначений для виготовлення теплоізоляційних та конструкційних матеріалів та виробів, що застосовуються для будівництва споруд різного призначення. Відомий арболіт та сировинна суміш для його виготовлення, що включає цемент, подрібнену деревину, воду та, у якості добавок, рідке скло, сіркокислий алюміній, в який для підвищення морозостійкості, міцності та зниження водовбирності додатково вводять відходи лакофарбового виробництва, виробництва захисних покриттів та спінений полістирол [див. а.с. СРСР №1303585, бюл. №14 від 15.04.1987]. Недоліками цього способу є: 1. Модифікація деревинного наповнювача передбачає використання багатокомпонентного складу, що включає не менш чотирьох добавок, з яких відходи від виробництва захисних покриттів у свою чергу являють собою суміш різноманітних речовин, що залежить від місця відбору відходів. При цьому вказані відходи спільно з полістиролом попередньо підлягають складній підготовці, що включає енергоємні процеси термообробки та диспергування у кульовому млині. Багатокомпонентний характер модифікування бетону разом з попередньою підготовкою гідрофобізуючих добавок робить технологічний процес виробництва арболіту за даним способом складним та енергоємним. 2. Відсутній аналіз хімічної взаємодії між компонентами гідрофобізуючої добавки та іншими модифікуючими добавками та його можливі негативні наслідки, що призводить до зниження екологічних характеристик матеріалу в процесі експлуатації. 3. Відходи лакофарбових матеріалів є місцевою сировиною, і виготовлення арболіту за даним способом прив’язано до виробництва лакофарбуючих матеріалів. Окрім того, ці матеріали є матеріалами з нечітко визначеним складом. 4. Введення в арболіт спіненого полістиролу суттєво знижує вогнестійкість виробів з арболіту. В основу корисної моделі, що пропонується, поставлена задача розробки способу впливу на властивості арболіту, з метою підвищення та отримання стабільних показників біо-, вогне-, водо-, морозостійкості і, як наслідок, збільшення нормативного строку служби виробів під час експлуатації в будівельних конструкціях при суттєвому зниженні енергоємності виробництва та забезпеченні екологічної чистоти матеріалу. Поставлена задача розробки способу впливу на властивості арболіту, що передбачає перемішування органічного заповнювача наприклад з подрібненої деревини з мінеральним в’яжучим, наприклад, портландцементом та водою з додаванням гідрофобізуючої добавки з наступним твердінням, вирішена тим, що органічний здрібнений заповнювач після обробки біо-, вогнезахисним засобом витримують в природних умовах не менше ніж 24 години, а в якості гідрофобізуючої добавки використовують кремнійорганічні сполуки (надалі використовується вкорочення КОС) масою 0,05-0,3% від маси мінерального в’яжучого. В процесі проведення численних дослідів винахідниками встановлено, що оптимальна кількість КОС, що вводиться, для досягнення технічного результату, складає 0,05-0,3% від маси цементу, в перерахунку на масову частку летучи х речовин в кремнійорганічних сполуках, залежить від виду органічного наповнювача та складу КОС. Також встановлено, що технічний результат досягається незалежно від того, чи додається гідрофобізатор разом з водою затвору при перемішуванні, чи його попередньо додають до води. Переважна кількість бетонів такого типу виготовляється з використанням заповнювача, який попередньо оброблений для надання йому біо- та вогнестійкості з застосуванням різних засобів. Після такої обробки заповнювач необхідно витримати в природних умовах до рівноважної вологості. Витримку обробленого заповнювача до рівноважної вологості здійснюють для фіксації біоциду та антипірену в частках заповнювача та для забезпечення вільної ємності деревини для подальшого просочення гідрофобізуючим модифікатором. Винахідниками встановлено, що технічний результат досягається при різних показниках вологості. Головною умовою є те, що вологість органічних часток перед просочуванням повинна бути нижче їх межі гігроскопічності (точки насичення кліткових оболонок), яка для різних органічних заповнювачів є різною. Найчастіше це 20-30% вологості - це такий рівень вологості якого досить легко досягти без значних енерговитрат. Такі показники вологості, що досягаються просушуванням, забезпечують наявність не менш ніж 60% вільної ємності капілярів деревини перед обробкою гідрофобізатором, що створює умови для ефективного капілярного просочування гідрофобізуючого модифікатора в частки органічного заповнювача. Винахідниками було також встановлено, що перемішування суміші органічного заповнювача та мінерального в’яжучого з водою з додаванням КОС із залученням повітря під час перемішування має пластифікуючий вплив на характеристики бетонної суміші, а також додатково створює сприятливу повітряно-пористу структуру матеріалу, що надійно захищається гідрофобізатором. Це саме і забезпечує стабільні показники волого- та морозостійкості виробів при експлуатації в складних гідрофізичних умовах. Однією з важливих операцій в технологічному процесі виготовлення таких бетонів є попередня обробка органічного заповнювача різними засобами для підвищення характеристик біота вогнестійкості, для чого використовують різноманітні матеріали, наприклад розчину залізного купоросу. Винахідниками встановлено, що в разі використання при виробництві бетону органічного заповнювача, попередньо обробленого наприклад розчином залізного купоросу для біо- та вогнезахисту, застосування способу, що пропонується, призводить до стабілізації таких характеристик арболіту, як біо- та вогнестійкість. Таким чином, додатковий технічний результат від здіснення корисної моделі досягається при використанні попередньо обробленого біоцидом та антипіреном органічного заповнювача. Який полягає у тому, що введення КОС при перемішуванні компонентів з використанням органічного заповнювача, попередньо обробленого для підвищення біо- та вогнестійкості, забезпечує гідроізоляцію часток заповнювача, фіксацію біоциду та антипірену по всьому перерізу часток заповнювача та запобігає частковому вимиванню біоциду та антипірену з часток заповнювача під час перемішування суміші з водою. Таким чином спосіб, що пропонується для підвищення показників водо-, морозостійкості заповнювача підсилює ефект попередньої обробки заповнювача біоцидом та антипіреном. Спосіб, що заявляється, забезпечує додатковий захист від зазначених несприятливих впливів. Такий спосіб впливу на властивості бетону дозволяє стабілізувати показники біо-, вогне-, водо-, морозостійкості на протязі всього часу експлуатації, забезпечити міцність і, як наслідок, довговічність виробів під час експлуатації їх у будівельних конструкціях. Реалізація заявленого способу впливу на властивості бетону забезпечується послідовністю та умовами (вказані в таблиці 1) виконання наступних операцій, які покладені в основу технологічної схеми виробництва виробів з бетону з органічним наповнювачем: 1. Попереднє подрібнення органічного заповнювача та в разі потреби обробка здрібненої деревини розчином захисного засобу комбінованої дії за способом вимочування з метою надання заповнювачу та бетону біостійкості та вогнестійкості. 2. Витримування щойно подрібненого заповнювача, чи в разі потреби просоченого та промитого заповнювача в атмосферних умовах до повітряно-сухого стану з метою фіксації захисного засобу, розчинених екстрактивних речовин деревини та створення просочувальної ємкості деревини для введення в заповнювач гідрофобізуючої добавки. 3. Гідроізоляція заповнювача шляхом введення 1/4-1/3 частини гідрофобізатора від загальної маси, що вводиться в бетонну суміш при непереривному перемішуванні заповнювача та частини води в кількості 70...75% від загальної маси. Операцію переважно здійснюють протягом 2-10 хвилин, але не менше ніж 2 хвилини. 4. Виготовлення бетонної суміші (II стадія) шляхом дозування та змішування компонентів: цементу, заповнювача і залишкових частин води та гідрофобізатора до однорідної маси у співвідношенні, вказаному в прикладах виконання корисної моделі. 5. Формування виробів та контрольних зразків з бетону для випробування розміром 150´150´150мм. Одночасно були виготовлені контрольні зразки бетону, що не зазнав модифікації захисними засобами. Характеристика заповнювачів у вигляді здрібнених деревинних відходів, що використовувались для виготовлення бетонної суміші в прикладах реалізації заявленого способу, представлені в таблиці 2. При здійсненні способу були застосовані поверхнево-активні добавки гідрофобно-пластифікуючого тип у у вигляді кремнійорганічних рідин, що являють собою органосилоксанові олігомери. Характеристика їх наведена в таблиці 3. Крім основної дії такі гідрофобізуючі добавки справляють також пластифікуючу дію на бетонну суміш, що досягається внаслідок втягування повітря (3-5%) при перемішуванні суміші та утворення рівномірного розподілу дрібних повітряних бульбашок в об’ємі. Тому їх використання дозволяє в певній мірі знизити водоцементне відношення, що в свою чергу призводить до зменшення пористості бетону та додаткового покращення водостійкості матеріалу. Гідрофобізація поверхні пор та капілярів затверділого бетону різко знижує капілярний підсос вологи в матеріал та збільшує його водонепроникність. Внаслідок цього бетонні вироби набувають підвищеної морозостійкості та довговічності при експлуатації в складних гідрофізичних умовах. Склади бетонних сумішей та умови введення гідрофобізуючих речовин в заповнювач та бетонну суміш за пунктами 3 та 4, що не були застосовані в прикладах, наведені в таблиці №1. Всі зразки бетону за прикладами, включаючи контрольні, після затвердіння у віці 28 діб випробувались на міцність відповідно до ГОСТ 10180-90. Також визначалися інші технічні характеристики: середня густина відповідно до ГОСТ 12730.1, вологість відповідно до ГОСТ 12730.2-78, водовбирність відповідно до ГОСТ 12730.3-78, морозостійкість відповідно до ГОСТ 10060-87. Зразки виготовлені з наповнювачем попередньо обробленим засобами для надання біовогнестійкості додатково випробувались на грибостійкість відповідно до ГОСТ 9.049-9 (метод 3) та на вогнестійкість за методом випробування на займистість згідно з ДСТУ Б В. 1.1-2-97 для класифікації їх за групами займистості. Вказані показники випробувань наведені в таблиці 4. Порівняння наведених показників свідчить про те, що в разі використання модифікованого захисними засобами заповнювача бетону, завдяки використанню способу, що заявляється вироби з бетону набувають високих та стабільних технічних показників біо-, вогне-, волого- та морозостійкості, що поряд із сталими показниками міцності робить їх в експлуатаційному відношенні тривалими та довговічними. Таблиця 1 Кількісний вміст компонентів , кг/м 3 бетонної суміші Приклади 1 2 3 4 5 Прототип Добав ка (№ за табл.2) кг мас. % 1,90(1) 0,24 210 315 260 1,40(2) 0,18 2,20(1) 0,24 240 370 310 1,65(2) 0,18 1,85(3) 0,20 Вміст компонентів , мас. % в суміші 30 30 15 25 Запов нювач (№ за табл.1) Цемент М400 Вода Дозув ання по стадіям в иготов лення бетонної суміші І. Обробка II. Змішув ання запов нюв ача за п.3 компонентів суміші в ода, кг добав ка, кг в ода, кг добав ка, кг 180 0,63 80 1,27 195 0,47 65 0,93 220 0,73 90 1,47 220 0,55 90 1,1 230 0,62 80 1,23 Таблиця 2 Дерев инний склад 1. Хв ойні породи 2. Суміш хв ойних (1/2ч.) та листяних (1/2ч.) порід Гранулометричний склад, мас. % фракції (мм) 20...25 10...20 5...10 2,55 8 35 40 17 5 30 45 20 Насипна густина, кг/м 3 Пористість, % в ід об’єму 170 73,0 180 70,5 Таблиця 3 № з/п Сполука Вид застосув ання Густина, кг/дм 3 Масов а частка нелетучих речов ин, % 1 Метилсиликонат натрію Водний розчин 1,20 Метилсиликонат калію Водно-спиртов ий розчин 1,34 45 3 Етилсиликонат натрію Водний розчин 1,25 ГКЖ-11Н марки В ТУ У6-02-5-61-97 (ТУ 6-02-69-76) ГКЖ-11К марки В ТУ У 6-02-5-61-97 25 2 Назв а, марка та нормативний документ 40 ГКЖ-10Н марки В ТУ 6-02-696-76 Таблиця 4 Зразки 1 2 Контрольний (1,2) 3 4 5 Контрольний (3,4,5) Прототип Межа Середня міцності Вогнестійкість, густина Водов бирність, Морозостійкість, Грибостійкість, група на мас. % цикли ПГххз, бали бетону, стиск, займистості кг/м 3 МПа 620 3,1 16 50 0 В1 615 3,0 18 50 0 В1 Експлуатаційна в ологість, мас.% 4 6 620 2,9 60 15 1 В2 12 675 670 680 3,4 3,4 3,5 15 10 18 50 50 50 0 0 0 В1 В1 В1 6 5 6 675 3,3 55 10 2 В2 15 680 2,8 20 60 4