Спосіб виготовлення виробів з цементу або бетону

Спосіб виготовлення виробів з цементу або бетону, який включає операції зволоження сухих матеріалів та їх ущільнення тиском, який відрізняється тим, що зволоження здійснюють перемішуванням сухого матеріалу у середовищі насиченої пари нормального тиску до досягнення вологості 16-20 % і після цього ущільнюють у формі при тиску 18-20 МПа Винахід відноситься до технології будівельного виробництва, і може бути використаний при виготовленні блоків та деталей спеціального призначення, умови експлуатації яких вимагають високої МІЦНОСТІ, витривалості проти дії сульфатної та іншої хімічної агресії Відомий спосіб виготовлення бетонних виробів шляхом зневоження бетонної суміші під тиском (Тамаги Юкихико Япон пат Кл 22 С4(В28в), N 47 -26647, заявл 17 06 68, опубл 18 07 72), який здійснюється за допомогою розбірної опалубки, що має зовнішню стінку з дрібними отворами За цим способом свіжу бетонну суміш закладають у внутрішню частину опалубки і після цього в неї через отвори зовнішньої стінки занурюють декілька металевих стрижнів, які ущільнюють суміш і створюють внутрішній тиск Завдяки цьому частина води відокремлюється від суміші і витікає крізь отвори зовнішньої опалубки Використання цього способу дає змогу зменшити осадку конуса та прискорити час розпалубки виробу Недоліком означеного способу є невисокий рівень зневоження бетонної суміші, внаслідок чого неможливо досягти високого рівня МІЦНОСТІ виробу Відомий також спосіб підігріву бетонної суміші, що застосовується перед и завантаженням у форму, за яким бетонна суміш проходить крізь герметичну ємність із ЗОВНІШНІМ підігрівом, в якій ця суміш рухається назустріч потокові перегрітої пари, ступінь сухості якої складає 0,6-0,98 від насиченої При цьому, потік пари на вході у герметичну ємність має тиск 1-1,5 ата (А С СССР № 399491, МКИ CO4b 41/31, опубл Б И № 39 від 31 10 1973 р) Недоліком даного способу є неефективне використання енергія пари (лише для вилучення повітря з готової бетонної маси та и незначного підігріву) Крім того, бетонна суміш містить надмірну КІЛЬКІСТЬ води, таку ж як при стандартних умовах твердіння Відомий спосіб одержання каменя з цементного тіста, за якими тісто обробляється при високих параметрах тиску та температури (Д М Рой, Г Р Гоуда Оптимизация прочности цементного теста Труды VI Международного конгресса по химии цемента - Т 2 Кн 1 - М Стройиздат, 1976 - С 310-316) Згідно З ЦИМ способом тісто ущільнюється під тиском 175-527 МПа при температурах 100-250°С, з терміном обробки від 0,5 до 2,0 годин При такій обробці одержують камінь з високими технічними характеристиками Недоліком означеного способу є використання дуже високих зусиль тиску та температур при обробці, що потребує спеціального обладнання та використання спеціальних матеріалів для форм Тому створення цементних виробів за цим способом доцільне лише у виключних випадках Найбільш близьким до даного по суті та досягнутим результатам є спосіб одержання каменя високої МІЦНОСТІ та високої ЩІЛЬНОСТІ, за яким це ментне тісто обробляють тиском 50-500 МПа при температурах біля 20°С (Теория цемента / Под ред А А Пащенко - К Будівельник, 1991 - глава 7, раздел 7/8) Недоліком цього способу є, по-перше, те, що тиску піддається цементне тісто, одержане зволоженням цементу при змішуванні з водою Подруге, недоліком є використання дуже високих параметрів тиску В основу винаходу поставлено задачу удосконалення способу виготовлення виробів з цементу або бетону шляхом зміни операції зволоження сухого матеріалу та параметрів ущільнення, завдяки чому при конденсаційному зволожен 42422 ні твердих частинок на їх поверхні відбуваються прямі ХІМІЧНІ реакції синтезу кристалічних гідратних фаз, маса яких швидко зростає при виключенні розчинення водою в ущільненому стані, і таким чином відбувається інтенсифікація процесу кристалізаційного зміцнення структури, що дозволяє одразу після об-робки одержати камінь з високою МІЦНІСТЮ Поставлена задача вирішується тим, що в способі виготовлення виробів з цементу або бетону, який включає операції зволоження сухих матеріалів та їх ущільнення тиском, згідно з винаходом, зволоження здійснюють перемішуванням сухого матеріалу у середовищі насиченої пари нормального тиску до досягнення вологості 16-18 % і після цього ущільнюють у формі при тиску 18-20 МПа Таким чином, суттєвими ознаками винаходу, є зволоження сухих матеріалів перемішуванням у середовищі насиченої пари нормального тиску, пе-ремішування до досягнення матеріалом вологості 16-18 % та ущільнення під тиском 18-20 МПа Між суттєвими ознаками винаходу, та досягнутим технічним результатом існує наступний причинно-слідчий зв'язок Згідно даного способу, сухий матеріал, взятий з температурою навколишнього середовища, перемішується у середовищі насиченої пари При цьому використовується насичена пара нормального тиску, що має найбільший вміст води При перемішуванні сухого матеріалу в середовищі пари відбувається контакт молекул води з твердими частинками та теплообмін Наслідками контакту є їх зволоження та нагрівання зволоженої суміші При цьому з нагрітої суміші усувається защемлене повітря Перемішування матеріалу у середовищі пари у даному способі забезпечує вільний контакт з парою усіх твердих частинок Лабораторні дослідження довели, що при зволоженні парою мають місце прямі реакції між молекулами клінкерних фаз та водою, продуктами яких є кристалічні фази - СзАНє, Сз(А,Р)Нб, CSH(I), Ca(OH)2, гетгит FeOOH та еттрінпт Мікрокристалічні фази утворюються на поверхні кристалів клінкерних мінералів одразу після ХІМІЧНИХ актів із кон-денсованими молекулами води Подальший розвиток процесу гідратації залежить від КІЛЬКОСТІ води у зволоженій суміші Якщо в системі є надлишок води, то надалі кристали новоутворень розчиняться водою, і вигоди прискорення початкових стадій гідратації виявляються невикористаними Зважаючи нате, у способі, створюються умови для оптимального зволоження суміші, щоби, з одного боку здійснити рівномірне зволоження твердих частинок, а з другого - запобігти розчинення кристалічних новоутворень, які є ініціаторами швидкого зростання маси кристалічних фаз, зміцнюючих структуру каменя 3 цією метою зволожен-ня здійснюють шляхом перемішування матеріалу з парою, при якому суміш швидко розігрівається і її вологість не перевищує 0,16-0,18 % Слід зазначити, що процес зволоження відбувається одночасно з нагріванням суміші до тих пір, поки температура суміші не досягла значення температури фазового переходу води у пар Лабора-торними дослідженнями доведено, що активне випаровування води із зволоженого цементу починається при 90-95°С Дотримання вказаного температурного обмеження можливе, наприклад, при регулюванні маси сухого матеріалу або витрат пари Отже, головною метою перемішування сухого матеріалу у середовищі насиченої пари є одержання рівномірно зволоженої суміші з мінімальним вмістом води, необхідної для формування гідратних фаз, прискорення синтезу кристалічних гідратних новоутворень на поверхні частинок клінкерних мінералів шляхом прямих реакцій з водою та виключення розчинення їх водою При подальшому розвитку процесу твердіння ці первинні кристали стають центрами кристалізації, завдяки яким значно прискорюється утворення кристалізаційних структур твердіння Така попередня підготовка в'яжучих, що дозволяє на початкових стадіях гідратації поверхні одержати стабільні кристалічні гідратні фази та зберегти їх від розчинення водою, дає змогу використати значно нижчий рівень тиску при ущільненні зволоженого матеріалу, нагрітого майже до 90°С Згідно З даним способом, такий матеріал ущільнюють у формі під тиском 18-20 МПа В способі ущільнення тиском використовується для того, щоб зафіксувати положення твердих частинок і забезпечити формування сталої кристалічної структури каменя, надалі обмежити розчинення водою новоутворень, тобто створити умо-ви для ТОПОХІМІЧНОГО процесу гід раті ці і, що відбувається через протонізацію Ущільнення зволоженої суміші супроводжується відокремленням води, внаслідок чого водотверде співвідношення у свіжезформованому виробі складає 0,10, а КІЛЬКІСТЬ ВОДИ, ЩО ВХОДИТЬ ДО складу гідратних новоутворень, сягає 16-17,5 % маси каменю Отже, обробка сухого матеріалу за даним способом відбувається при дотриманні двох головних параметрів - вологості суміші та тиску при ущільненні Оптимальні параметри обробки, що зазначені у формулі винаходу, були визначені при використанні статистичного аналізу експериментальних результатів, методики планування експерименту для визначення оптимальних параметрів обробки Лабораторними дослідженнями доведено, що при вологості, нижчий, ніж 16%, матеріал недостатньо зволожений, а при вологості, вищій за 20%, у матеріалі існує надлишок води, для усунення якої потрібно підвищувати тиск при ущільненні При значеннях вологості 16-20 % застосування тиску для ущільнення нижчого, ніж 18 МПа, призводить до втрати МІЦНОСТІ одержаного виробу, а застосування тиску вищого за 20 МПа суттєво не міняє технічні характеристики виробу Після обробки тиском камінь твердіє у водіу нормальних умовах, не набираючи додаткових порцій води В порівняльній таблиці подано результати визначення фізико-механічних властивостей цементного каменя, одержаного за прототипом та згідно заявленого способу Випробовувалися зразки у формі циліндрів з діаметром 2,85 мм та 42422 такою ж висотою У порівняльних дослідженнях було використано шлакопортландцемент, вироблений на Криворізькому цементно-гірничому комбінаті, із вмістом доменного гранульованого шлаку 18,6 % маси Марочна МІЦНІСТЬ цементу складала 42,3 МПа З наведеної таблиці видно, що використання зволоження цементу насиченою парою при перемішуванні в середовищі насиченої пари нормального тиску, дозволяє досягти вищих за прототип показників МІЦНОСТІ на стиск для зразків з цементу при усіх термінах твердіння Спостереження за характером руйнування зразків при випробуванні на стиск показують, що одержаний після 28 діб твердіння камінь має властивості скла і виявляє крихке руйнування Лабораторними дослідженнями визначено, що зразки каменю, виготовлені за даним способом, на 3 добу твердіння характеризуються вмістом порожнеч близько 8 % Порівняння МІЦНОСТІ на стиск зразків каменю, які 6, 9 та 12 МІСЯЦІВ зберігалися у 5 % розчині Na2SO4, та тих, що зберігалися у воді, показали, що МІЦНІСТЬ зразків при зберіганні у розчині Na2SO4 вища, ніж при зберіганні у чистій воді Це доводить, що зразки каменя, виготовлені згідно даного способу, мають високу витривалість проти дії сульфатної агресії Таким чином, суттєві ознаки способу, дозволяють досягти технічного результату - прискорення процесів кристалізаційного зміцнення структури Одержаний за даним способом камінь має підвищену ЩІЛЬНІСТЬ та витривалість до хімічної агресії За допомогою креслення демонструється варіант устаткування для технічної реалізації способу виготовлення, конкретного виробу, наприклад, стінової або тротуарної плитки з шлакопортландцементу Шлакопортландцемент (1) через завантажувальний бункер (2), обладнаний дозуючим пристроєм (3), подають у змішувальну камеру (4) Змішувальна камера (4) має ЗОВНІШНІЙ теплоізолюючий корпус (5) Крізь отвори (6) у корпусі змішувальної камери (4), які розміщено у и верхній частині, у камеру подають насичену пару нормального тиску по трубопроводу (7) Перемішування матеріалу з парою у змішувальній камері (4) здійснюється за допомогою шнеку (8) з регульованою швидкістю обертання У камері (4) відбувається одночасно конденсаційне зволоження шлакопортландцементу та його нагрівання Готова суміш на виході з камери (4) має вологість 16-20 % та температуру не вищу за 95°С Готову (зволожену та нагріту) суміш шлакопортландцемента з водою вигружають крізь розвантажувальну воронку (9) у гніздо І, розміщене на формовочному столі (10) У ГНІЗДІ І МІСТИТЬСЯ форма, в яку завантажують вологу гарячу суміш, після чого стіл обертається і гніздо з формою займає положення II, де розрівнюється поверхня загруженого матеріалу Наступним обертанням столу матеріал, загружений у форму, встановлюється у положення III під штампом (11), за допомогою якого здійснюється ущільнення зволоженої суміші під тиском 18-20 МПа При цьому з матеріалу вилучається частина сорбованої води, котра стікає через перфороване дно форми Після завершення ущільнення форма переходить у положення IV, де форму звільняють від виробу Надалі стіл обертається і форма займає положення V, де відбувається її чищення та змащування Після ЦЬОГО форма готова для поновлення робочого циклу Готовий виріб (12) транспортують до камери, де відбувається його подальше твердіння у нормальних умовах Слід зауважити, що спосіб є найбільш ефективним для серійного виробництва дрібних будівельних деталей на швидкісних формовочних машинах При цьому дуже ефективне використання сухих сумішей в'яжучого з різноманітними мікронаповнювачами Таблиця Порівняльні дані про фізико-механічні властивості зразків цементного каменю, виготовленого за прототипом та за пропонованим способом МІЦНІСТЬ при стиску, МПа Спосіб обробки Тиск пресування МПа В/Ц Прототип Пропонований 20,0 20,0 0,10 0,12 Одразу після обробки 7,31 10,24 1 23,9 28,5 Термін твердіння, діб 7 48,2 79,8 28 73,0 108,4 42422 11 ФІГ. ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Киів-133, бульв Лесі Українки, 26 (044)295-81-42, 295-61-97 Підписано до друку Обсяг обл -вид арк 2002 р Формат 60x84 1/8 Тираж 50 прим Зам УкрІНТЕІ, 03680, Киів-39 МСП, вул Горького, 180 (044) 268-25-22