Сырьевая смесь для получения арболита и способ ее изготовления

 

Изобретение относится к строительству, а именно к производству легкого бетона при монолитном возведении конструкций. Сырьевая смесь для получения арболита содержит портландцемент, древесный заполнитель и минерализатор - водный раствор хлорида железа при следующем содержании компонентов, вес.ч.: портландцемент 27,0 - 33,0, древесный заполнитель 30,0 - 42,0, хлорид железа 2,3 - 2,9, вода 28,7 - 36,1. Древесный заполнитель обрабатывают 2/3 частями приготовленного раствора хлорида железа, вводят при перемешивании цемент, а затем 1/3 оставшегося раствора минерализатора и перемешивают до однородной массы. Технический результат: повышение прочности арболита и технологичности процесса изготовления его. 2 с.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к строительству, а именно к производству легкого бетона при монолитном возведении конструкций.

Известна (SU 1204598 A1, кл. C 04 В 18/26, 15.02.1986) сырьевая смесь, для получения арболита, включающая (мас.%): Измельченная древесина (абс. сухая) - 24,7 - 38,0 Минеральное вяжущее - 21,5 - 30,3 Порошкообразная известь - 5,0 - 11,5 Хлористый кальций - 2,5 - 4,8 Вода - 24,2-37,5 При использовании в качестве вяжущего портландцемента М400 и предварительно гашенной извести, а в качестве древесного заполнителя - дробленки из невыдержанной древесины смешанных пород, включая 60% лиственных, был получен арболит, имеющий прочность при сжатии в возрасте 1 и 28 суток 6 и 32 кгс/см² соответственно.

Арболит из смеси (1) готовят следующим образом.

Предварительно гашенную сухую гидратную известь перемешивают с древесиной, после чего добавляют молотый хлористый кальций, цемент и воду, сформованные образцы твердеют при нормальных условиях.

Однако известная сырьевая смесь и способ ее изготовления характеризуются недостаточно высокой прочностью и являются нетехнологичными для применения в монолитном строительстве из-за многокомпонентности состава и наличия операции предварительного гашения извести.

Известен (SU 606847 A, кл. C 04 B 38/00, 18.04.1978) также способ изготовления арболита, включающий обработку древесного заполнителя одновременно водным раствором хлористого кальция и сернокислого алюминия, взятых в соотношении от 1:1 до 1:1,6, последующее смешивание с цементом, прессование и твердение. При использовании дробленки в качестве древесного заполнителя получают арболит с прочностью 42,1 кгс/см² в возрасте 28 суток, что является недостаточным, а обработка древесного заполнителя двухкомпонентным раствором и операция прессования снижают показатель технологичности данного способа в условиях монолитного строительства.

Известна смесь (SU 697485 A, кл. C 04 B 28/04, 15.11.1979), содержащая компоненты в следующих соотношениях (вес.ч): Портландцемент - 300 - 360 Древесный заполнитель - 220 - 240 Окисное сернокислое железо - 4,0 - 15,0
Известь - 3,0 - 12,0
Хлористый кальций - 4,0 - 12,0
Вода - 300 - 400
Арболит из данной сырьевой смеси готовят следующим образом.

Из окисного сернокислого железа Fe₂(SO₄)₃·9H₂O готовят водный раствор плотностью 1,0 г/см³. Этот раствор подогревают до 95-98^oC. Полученный раствор и древесный заполнитель перемешивают 5 минут, после чего добавляют раствор CaCl₂ плотностью 1,04 г/см³ и известковое молоко, затем загружают цемент марки 400 и недостающую воду. При оптимальном соотношении компонентов прочность арболита в нормальных условиях твердения в возрасте 1, 7, 28 суток соответственно равна: 4,0, 23,6, 47,6 кгс/см². Сырьевая смесь и способ изготовления арболита по (3) являются наиболее близким к заявляемой сырьевой смеси для получения арболита и способу ее изготовления по количеству общих признаков и достигаемому результату и выбрана в качестве прототипа,
Древесный заполнитель по прототипу обрабатывают водным раствором железосодержащего компонента, затем вводят при перемешивании оставшиеся компоненты смеси. Но в прототипе (3) раствор окисного сернокислого железа предварительно нагревают до 95-98^oC, после чего его перемешивают с заполнителем и вводят цемент, известковое молоко, раствор хлористого кальция и недостающую воду. Таким образом, в прототипе для увеличения прочности арболита используют комплексный минерализатор, а также операцию нагрева раствора, что делает известный состав и способ его изготовления нетехнологичными для применения в технологии монолитного строительства из-за многокомпонентности сырьевой смеси и дополнительных энергозатрат.

В основу изобретения положена задача получить прочный и технологичный арболит для монолитного строительства.

Поставленная задача решена следующим образом.

Арболитовая смесь, содержащая древесный заполнитель, минеральное вяжущее, минерализатор и воду, в качестве минерализатора содержит хлорид железа при следующих соотношениях входящих компонентов (вес.ч):
Портландцемент - 27,0 - 33,0
Древесный заполнитель - 30,0 - 42,0
Хлорид железа (III) - 2,3 - 2,9
Вода - 28,7 - 36,1
Согласно заявляемому способу изготовления арболитовой смеси, включающему обработку древесного заполнителя минерализатором и последующее перемешивание с компонентами смеси, древесный заполнитель обрабатывают раствором хлорида железа в количестве 2/3 от его объема, перемешивают, вводят портландцемент, затем добавляют оставшийся раствор хлорида железа и далее осуществляют перемешивание до однородной массы.

Заявленная сырьевая смесь для получения арболита отличается от прототипа (3) следующими существенными признаками. Во-первых, в качестве минерализатора содержит хлорид железа, который является легкогидролизуемой солью. Вследствие гидролиза FeCl₃ образуется соляная кислота, которая вступает во взаимодействие с образующимся при гидролизе и гидратации минералов цементного клинкера гидроксидом кальция Ca(OH)₂. Этот процесс нейтрализации снижает агрессивность щелочной цементной среды для составляющих древесины. Кроме того, нейтрализация сопровождается значительной экзотермией и способствует усилению гидролиза хлорида железа до конца, до Fe(OH)₃. Гидроксид железа, выделяясь в высокодисперсном, коллоидном состоянии, кальматирует поры древесины, затрудняет попадание в вяжущее из древесины "цементных ядов" и создает на поверхности внутренней структуры заполнителя минеральную пленку, которая способствует адгезии вяжущего к заполнителю. Все эти процессы приводят к увеличению прочности арболита. Во-вторых, сырьевая смесь отличается от прототипа количественным соотношением входящих компонентов. Например, содержание дорогостоящего компонента-цемента несколько уменьшено (в прототипе - 30% - оптимальный состав), а в заявляемом оптимум относится к 29%, уменьшено и количество минерализатора и исключена его многокомпонентность.

Исходя из этого можно сделать вывод о качественных и количественных отличиях заявленного состава.

Заявленный способ изготовления арболита отличается от прототипа следующими существенными признаками.

Во-первых, древесный заполнитель обрабатывают 2/3 частями водного раствора хлорида железа и перемешивают, после чего вводят цемент. В ходе этих операций протекают те сложные физико-химические процессы, которые описаны выше. Необходимо отметить, что значительная экзотермия химических реакций не только усиливает процесс гидролиза FeCl₃, но и исключает дополнительный подогрев, что облегчает бетонирование в зимних условиях, способствует увеличению прочности.

Во-вторых, оставшуюся 1/3 раствора хлорида железа добавляют в смесь при перемешивании после введения вяжущего. К этому времени внутренняя структура древесного заполнителя уже покрыта минеральной пленкой, а поры древесины частично кальматированы продуктом гидролиза - Fe(OH)₃, что резко снижает массоперенос, с одной стороны, экстрактивных веществ из древесины в цементное тесто, а с другой стороны, жидкости из раствора минерализатора в древесину, что позволяет поддерживать оптимальное жидкотвердое отношение, необходимое для гидролиза, гидратации и твердения цемента.

Для приготовления арболитовой смеси использовано пять составов. Каждый состав содержит (вес.ч.) 25, 27, 29, 31, 33 цемента марки 400, 46,42,38,34,30 древесного заполнителя (щепы), 2,1, 2,3, 2,5, 2,7, 2,9 хлорида железа и воду.

Щепа имеет следующие характеристики: сечение - 2х5 мм, длина 25 - 30 мм, порода - смешанная, насыпная масса 400 кг/м³, влажность 15 - 20%. Для получения арболита готовят раствор хлорида железа ( ρ 1,06 г/см³), затем древесный заполнитель обрабатывают 2/3 этого раствора, далее в процессе перемешивания на растворомешалке принудительного типа вводят портландцемент, затем 1/3 оставшегося раствора хлорида железа, массу перемешивают до однородного состояния. Визуально предельное время перемешивания оценивается появлением в арболитовой смеси (особенно на поверхности заполнителя) газообразных пузырьков и однородностью массы. Далее нагружают арболитоукладчик, который подает смесь в формы-блоки размером 19х19х3 см и уплотняют.

После твердения при обычных условиях проводят распалубку и определяют передел прочности образцов при сжатии.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Как видно из таблицы, при использовании в качестве минерализатора раствора хлорида железа и заявленного способа можно получить материал, прочность которого превышает прочность прототипа в 1,3 раза. Изменение содержания компонентов за обеими границами заявленного состава приводит к снижению прочности и оптимум лежит в заявленных пределах. Так, например, снижение содержания цемента до 25 мас.ч. приводит к получению прочности в возрасте 28 суток меньшей, чем у прототипа (пример 1). Увеличение содержание цемента более 29 вес.ч. (оптимальный состав) приводит к снижению прочности и дальнейшее увеличение содержания цемента экономически нецелесообразно.

Источники информации
1. SU 1204598, C 04 B 18/26, 1986.

2. SU 606847, C 04 B 43/12, 1978.

3/ SU 697485, C 04 B 43/12, 1979.

Формула изобретения

1. Сырьевая смесь для получения арболита, включающая портландцемент, древесный заполнитель и минерализатор, отличающаяся тем, что в качестве минерализатора она содержит хлорид железа (III) при следующем соотношении компонентов вес.ч.:
Портландцемент - 27,0 - 33,0
Древесный заполнитель - 30,0 - 42,0
Хлорид железа (III) - 2,3 - 2,9
Вода - 28,7 - 36,1
2. Способ изготовления арболита, включающий обработку древесного заполнителя минерализатором с последующим перемешиванием с портландцементом и твердением в обычных условиях, отличающийся тем, что в качестве минерализатора берут водный раствор хлорида железа (III) с плотностью ρ = 1,06 г/см², при этом 2/3 части минерализатора вводят при перемешивании в древесный заполнитель, а оставшуюся 1/3 часть минерализатора добавляют после портландцемента, продолжая перемешивание до однородной массы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2