Арболитовая смесь
Владельцы патента RU 2558040:
Дроздов Дмитрий Владимирович (RU)
Пименов Юрий Александрович (RU)
Федоров Николай Федорович (RU)
Изобретение относится к производству легких бетонов типа арболита на основе минерального вяжущего и древесного заполнителя (в виде дробленки, щепы и т.п.) и может быть использовано в производстве строительных материалов из измельченной древесины и минерального связующего, таких как фибролит, ксилолит и прочие. Технический результат заключается в улучшении подвижности и укладываемости арболитовой смеси за счет пластифицирующего воздействия целлюлозных волокон, используемых в качестве одного из ингредиентов. Не требует последующего трамбования смеси при изготовлении готовых изделий, т.е. упрощается способ изготовления готовых изделий. Арболитовая смесь содержит в своем составе цемент, древесный наполнитель, воду и суспензию целлюлозных волокон в виде бумажной макулатуры в воде, обработанной в виброкавитационном гомогенизаторе с вращающимся рабочим элементом ротором с перфорированной поверхностью и неподвижным рабочим элементом статором, при окружной скорости вращения ротора не менее 20 м/с, при этом обработку в виброкавитационном гомогенизаторе проводят в течение 5-15 мин до получения гомогенной массы при следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент 15-45, суспензия бумажной макулатуры 3-11, древесные опилки 1-10, вода остальное. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к производству легких бетонов типа арболита на основе минерального вяжущего и древесного заполнителя (в виде дробленки, щепы и т.п.) и может быть использовано в производстве родственных материалов из измельченной древесины и минерального связующего, таких как фибролит, ксилолит и прочие.
Известна сырьевая смесь для изготовления арболита (Патент RU №2476399, опубликованный 27.02.2013). Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к производству изделий (блоков) из древесно-цементных композиций, используемых преимущественно в сельском строительстве.
Арболитовая смесь, содержащая портландцемент, древесную дробленку, гипс, известь, дополнительно содержит асбестовое волокно длиной 5-50 мм и предварительно обожженные при температуре 700-1000°C и молотые до полного прохождения через сетку №008 асбестоцементные отходы при следующем соотношении компонентов, вес.ч.: портландцемент 20-25; древесная дробленка 60,5-62; гипс 1-1,5; известь 1-1,5; указанное асбестовое волокно 1-1,5; указанные асбестоцементные отходы 10-15, причем водоцементное отношение составляет 0,9-1,1. Арболитовую смесь укладывают в форму, уплотняют и оставляют до затвердевания. Извлеченное из формы изделие (например, плиту) выдерживают при комнатной температуре не менее 28 сут. Прочность полученных изделий при сжатии составит не менее 3 МПа.
Недостатком известного решения являются сложность состава и технологии приготовления смеси.
Известна сырьевая смесь для изготовления арболита (Патент RU №2466952 от 20.11.2012). Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к производству изделий (плит, панелей) из древесно-цементных композиций, используемых преимущественно в сельском строительстве. Арболитовая смесь, содержащая цемент, древесную дробленку, гипс, дополнительно содержит мылонафт и стекловолокно, нарезанное на отрезки 3-15 мм, при следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент 30-35; древесная дробленка 63-67,5; гипс 0,5-1; мылонафт 0,5-1,0; стекловолокно, нарезанное на отрезки 3-15 мм, 0,5-1,0, при водоцементном отношении 0,6-0,85. Недостатком арболитной смеси является сложность состава и использование достаточно дорогостоящих компонентов.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к разработанной арболитовой смеси является сырьевая смесь для получения строительного материала (Патент RU №2473481, опубликованный 27.01.2013). Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к производству изделий (блоков) из древесно-цементных композиций, используемых преимущественно в сельском строительстве. Арболитовая смесь содержит, вес.ч.: портландцемент 33-35; древесная дробленка 61,2-63,3; гипс 1-1,5; лигносульфонат технический модифицированный 0,2-0,3; отходы ткацкого производства 2-2,5, причем водоцементное отношение составляет 0,6-0,7. Арболитовую смесь укладывают в форму, уплотняют и оставляют до затвердевания. Извлеченное из формы изделие (например, плиту) выдерживают при комнатной температуре не менее 28 сут. Прочность полученных изделий при сжатии составит не менее 3 МПа.
Недостатком известного решения являются сложность состава и технологии приготовления смеси.
Задачей изобретения является разработка более простого состава арболитовой смеси, расширение ингредиентной сырьевой базы и снижение стоимости за счет максимального использования местного сырья при сохранении высоких строительно-технических показателей.
Технический результат заключается в улучшении подвижности и укладываемости арболитовой смеси за счет пластифицирующего воздействия целлюлозных волокон, используемых в качестве одного из ингредиентов. Не требуется последующего трамбования смеси при изготовлении готовых изделий, т.е. упрощается способ изготовления готовых изделий.
Готовое строительное изделие, полученное на основе разработанной арболитовой смеси, характеризуется улучшенным качеством поверхности, которая получается более гладкой и менее пористой, что при дальнейшем использовании в строительстве повышает декоративные свойства готовых изделий. Поверхность изделия характеризуется размером пор в пределах 1-2 мкм.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что арболитовая смесь для изготовления строительных изделий, включающая цемент, древесный наполнитель и воду, дополнительно содержит в своем составе целлюлозное волокно, полученное из бумажной макулатуры. Целлюлозное волокно получают путем последовательной обработки бумажной макулатуры в воде при содержании до 11 мас.%, сначала механической мешалкой в течение 5-10 мин для грубого измельчения и возможности транспортировки по трубам и последующей обработки в виброкавитационном гомогенизаторе для получения гомогенной массы.
Гомогенизацию проводят в виброкавитационном гомогенизаторе с вращающимся рабочим элементом ротором с перфорированной поверхностью и неподвижным рабочим элементом статором. Окружная скорость вращения ротора - не менее 20 м/с, при этом обработку в виброкавитационном гомогенизаторе проводят в течение 5-15 мин до получения гомогенной массы без видимого наличия агрегированных волокон.
В соответствии с изобретением арболитовая смесь содержит в своем составе цемент, древесный наполнитель, воду и суспензию целлюлозных волокон в виде бумажной макулатуры в воде, обработанной в виброкавитационном гомогенизаторе с вращающимся рабочим элементом ротором с перфорированной поверхностью и неподвижным рабочим элементом статором, при окружной скорости вращения ротора не менее 20 м/с, при этом обработку в виброкавитационном гомогенизаторе проводят в течение 5-15 мин до получения гомогенной массы при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Цемент | 15-45 |
| Суспензия бумажной макулатуры | 3-11 |
| Древесные опилки | 1-10 |
| Вода | Остальное |
Обработанная суспензия бумажной макулатуры в воде в составе арболитовой смеси позволяет повысить качество готовых изделий. При других способах обработки суспензии физико-механические свойства готового изделия - арболита ухудшаются.
Макулатура бумажная в составе сырьевой смеси соответствует ГОСТ 10700-97 «Межгосударственный стандарт макулатура бумажная» Настоящий стандарт распространяется: на макулатуру бумажную и картонную, применяемую в качестве вторичного сырья для переработки на бумагу, картон и другие изделия в народном хозяйстве и поставляемую на экспорт.
При этом при необходимости обработку целлюлозных волокон на виброкавитационном гомогенизаторе можно совместить с активацией цемента путем их совместной обработки.
Достаточно важной характеристикой сырьевой смеси является ее удобоукладываемость, то есть способность достаточно легко заполнять форму и при конкретном способе уплотнения, без расслаивания в процессе укладки.
Важное значение имеет реология (деформационные свойства) смеси при определенном составе ингредиентов. Применение гомогенной массы из бумажной макулатуры, обработанной в виброкавитационном гомогенизаторе обеспечивает пластичность и упруговязкость арболитовой смеси и соответственно обеспечивают хорошую удобоукладываемость.
Сырьевую смесь приготавливают следующим образом.
В смеситель вводят суспензию целлюлозных волокон в виде бумажной макулатуры в воде при содержании до 11%, далее проводят перемешивание механической мешалкой в течение 5-10 мин для грубого измельчения и возможности транспортировки по трубам, по которым направляют суспензию в виброкавитационный гомогенизатор с вращающимся рабочим элементом ротором с перфорированной поверхностью и неподвижным рабочим элементом статором. Окружная скорость вращения ротора - не менее 20 м/с, при этом обработку в виброкавитационном гомогенизаторе проводят в течение 5-15 мин до получения гомогенной массы без видимого наличия агрегированных волокон.
Далее обработанную суспензию бумажной макулатуры смешивают с заданным количеством цемента и древесными опилками, перемешивают 2-10 мин.
Арболитовая смесь обладает пластичностью и хорошей удобоукладываемостью в пределах 8-12 см по конусу ЦНИЛа.
Полученную арболитовую смесь укладывают в форму, уплотняют и оставляют до затвердевания. Извлеченное из формы изделие (например, плиту) выдерживают при комнатной температуре не менее 28 сут. Прочность полученных изделий при сжатии составляет до 4,0 МПа. Готовые изделия характеризуются гладкой поверхностью с размером пор в пределах 1-2 мкм.
ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пример 1
Бумажную макулатуру в воде при содержании 11 мас.% перемешивают механической мешалкой в течение 10 мин для грубого измельчения и возможности транспортировки по трубам, по которым направляют суспензию в виброкавитационный гомогенизатор с вращающимся рабочим элементом ротором с перфорированной поверхностью и неподвижным рабочим элементом статором. Окружная скорость вращения ротора 20 м/с, при этом обработку в виброкавитационном гомогенизаторе проводят в течение 15 мин до получения гомогенной массы без видимого наличия агрегированных волокон.
Далее обработанную суспензию бумажной макулатуры смешивают с заданным количеством цемента и древесными опилками, перемешивают 2-10 мин.
В лабораторных условиях изготовлены из арболитовой смеси кубики размером 10·10-10. Расход составляющих следующий, мас.%:
| Цемент марки 500 | 15 |
| Древесные опилки | 1 |
| Обработанная суспензия бумажной макулатуры | 11 |
| Вода | Остальное |
Пример 2
Бумажную макулатуру в воде при содержании 8 мас.%. перемешивают механической мешалкой в течение 5 мин для грубого измельчения и возможности транспортировки по трубам, по которым направляют суспензию в виброкавитационный гомогенизатор с вращающимся рабочим элементом ротором с перфорированной поверхностью и неподвижным рабочим элементом статором. Окружная скорость вращения ротора 30 м/с, при этом обработку в виброкавитационном гомогенизаторе проводят в течение 5 мин до получения гомогенной массы без видимого наличия агрегированных волокон.
Далее обработанную суспензию бумажной макулатуры смешивают с заданным количеством цемента и древесными опилками, перемешивают 2-10 мин.
Расход составляющих следующий, мас.%:
| Цемент марки 500 | 18 |
| Обработанная суспензия бумажной макулатуры | 6 |
| Древесные опилки | 6 |
| Вода | Остальное |
Пример 3
Изготовление образцов производится по методике, изложенной в примере 1. Расход составляющих следующий, мас.%:
| Цемент марки 500 | 19 |
| Обработанная суспензия бумажной макулатуры | 7 |
| Древесные опилки | 10 |
| Вода | Остальное |
Пример 4
Изготовление образцов производится по методике, изложенной в примере 2. Расход составляющих следующий, мас.%:
| Цемент марки 500 | 34 |
| Обработанная суспензия бумажной макулатуры | 2 |
| Древесные опилки | 10 |
| Вода | Остальное |
Пример 5
Изготовление образцов производится по методике, изложенной в примере 1. Расход составляющих следующий, мас.%:
| Цемент марки 500 | 45 |
| Обработанная суспензия бумажной макулатуры | 9 |
| Древесные опилки | 1 |
| Вода | Остальное |
Результаты, полученные при испытании материала, иллюстрируются данными, приведенными в таблице.
Указанные физико-механические свойства получаемого из заявленной арболитовой смеси соответствуют требованиям к нему ГОСТ 19222-84 как легкого конструкционного материала.
Лабораторные испытания проведены в лаборатории кафедры композиционных и строительных вяжущих материалов Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета).
1. Арболитовая смесь, включающая цемент, древесный наполнитель и воду, отличающаяся тем, что состав смеси дополнительно содержит суспензию целлюлозных волокон в виде бумажной макулатуры, обработанной в виброкавитационном гомогенизаторе с вращающимся рабочим элементом ротором с перфорированной поверхностью и неподвижным рабочим элементом статором при окружной скорости вращения ротора не менее 20 м/с, при этом обработку суспензии бумажной макулатуры в виброкавитационном гомогенизаторе осуществляют в течение 5-15 мин до получения гомогенной массы при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:
| Цемент | 15-45 |
| Суспензия бумажной макулатуры | 3-11 |
| Древесные опилки | 1-10 |
| Вода | Остальное |
2. Арболитовая смесь по п. 1, отличающаяся тем, что суспензия целлюлозных волокон в воде содержит до 11 мас.% бумажной макулатуры.
