Получен суперлегкий теплоизоляционный бетон

Возросший спрос на продукцию из пенобетона в большой мере связан с изменением в России нормативных сопротивлений теплопередаче ограждающих конструкций зданий и сооружений в сторону их резкого увеличения — в 2-4 раза по сравнению с уровнем 1995 года. Патент под названием “Пенобетон” с приоритетом от 7 июля 2003 г. — свидетельство возможности повышения качественных показателей этого материала, снижения энергоемкости и стоимости производства. Создан материал, отличающийся от аналогов по теплоизоляционным свойствам относительно высокой прочности и технологичности.

Целью изобретения является получение суперлегкого пенобетона с содержанием в его структуре до 96% воздушных пор, с пониженной плотностью и соответственно низкой теплопроводностью.
Цель эта достигается тем, что в пенобетоне, полученном из сырьевой массы, приготовленной перемешиванием в турбулентном смесителе из портландцемента, водного раствора пенообразователя, кремнеземистого компонента и дисперсного волокна, используют в качестве кремнеземистого компонента микрокремнезем, в качестве дисперсного волокна — рубленый стекложгут или базальтовое волокно либо хризотил-асбест.
Асбестовое волокно предварительно обрабатывают жидким стеклом в количестве 1,5-2,5 мас.процента от сырьевой смеси. Перемешивание осуществляют до образования гомогенного коллоидного раствора при следующем соотношении компонентов, масс.процентов:
портландцемент — 44,11-66,64;
микрокремнезем — 15,57-29,42;
дисперсное волокно (стекложгут, хризатил-асбест) — 17,79-26,43;
водный раствор пенообразователя (с учетом воды затворения сверх 100%) — 0,1-0,5.

Сущность изобретения заключается в том, что сырьевую смесь обрабатывают в турбулентном смесителе, при этом происходит физическая и химическая активация микроструктуры цементного теста. Микрокремнезем представляет собой шарообразные частицы аморфного кремнезема со средней удельной поверхностью около 20 м 2/г.
Микрокремнезем представляет собой побочный продукт металлургического производства при выплавке ферросилиция и его сплавов, образующийся в результате восстановления углеродом кварца высокой чистоты в электропечах. В процессе выплавки кремниевых сплавов некоторая часть моноокиси кремния переходит в газообразное состояние и, подвергаясь окислению и конденсации, образует чрезвычайно мелкий продукт в виде шарообразных частиц с высоким содержанием аморфного кремнезема. При выплавке 1 т ферросилициевых сплавов выделяется около 300 кг микрокремнезема. По мере повышения содержания кремния в сплаве увеличивается количество двуокиси кремния SiO 2. В сплавах с содержанием кремния 50% и 75% содержание кремнезема составляет соответственно 61-77% и 84-88%, а в случае технически чистого кремния — 87-89%.
Тонкость кремнезема можно продемонстрировать сравнением с другими порошкообразными материалами:
— кремнеземная пыль — 140.000-300.000 см 2/г;
— золы уноса — 4000-7000 см 2/г;
— портландцемент — 3000-4000 см 2/г.

Гранулометрический состав микрокремнезема свидетельствует о том, что размер большинства частиц не превышает 1 микрона, а средний размер частиц составляет около 0,1 микрона, т.е. примерно в 100 раз меньше среднего размера зерна цемента (рис. 2).
Микрокремнезем можно получать в трех состояниях: природном и уплотненном, а также в виде водной суспензии (около 50%). Например, в Польше на металлургическом заводе "Лазиска" близ Катовиц пылеулавливающие установки задерживают ежегодно около 20 тысяч тонн микрокремнезема, химический состав которого отличается неизменным постоянством — высоким уровнем содержания кремнезема и незначительным количеством окислов железа, кальция, магния и серы.
Плотность микрокремнезема в естественном состоянии составляет примерно 2,2 г/см 3 (портландцемента — 3,1 г/см 3), а объемная плотность в рыхлом состоянии — 130-430 кг/м 3 (цемента — 1500 кг/м 3). За счет уплотнения можно повысить плотность до 480-720 кг/м 3. Средний размер частиц примерно в 10-100 раз меньше среднего размера зерен цемента.
В условиях гидратации смеси микрокремнезем легко вступает в реакцию с минералами цемента, образуя коагуляционно-кристаллизационную массу — межпоровые перегородки легковесного пенобетона. Турбулентный смеситель имеет высокую скорость оборотов перемешивающего вала, что позволяет осуществлять процессы флокуляции и коагуляции сырьевой смеси. В воду затворения вводят пенообразователь в виде анионоактивных поверхностно-активных веществ. В процессе перемешивания и вспенивания в коллоидную смесь вводят дисперсное волокно в виде рубленого стекложгута, изготовленного из плавленого перлитового сырья. Наиболее эффективным дисперсным волокном является хризотил-асбест групп №О, №1, №2 с толщиной единичного волокна 0,5 мкм, средняя длина рубленого волокна — 8-12 мм. Основными составляющими полученного материала являются воздушные сферы, образованные пенообразователем, и сферы контракционной и капиллярной природы.

Вторые образованы благодаря гидролизу и гидратации вяжущего портландцемента, микрокремнезема и дисперсного волокна и составляют 16-18% общей пористости цементного камня, а сферы, образованные пенообразователем, составляют 56-78% от объема пенобетона. В результате общее содержание воздуха составляет 92-96%. Пространство между сферами является структурой межпоровых перегородок.
Несущий скелет пенобетона создают межпоровые перегородки. Их доля в скелете пенобетона составляет 22-44% общего объема пенобетонного камня. В этот объем включается цемент, доля которого равна 20-30% объема, микрокремнезем, доля которого равна 7-10% общего объема, при этом микрокремнезем является структурообразующим элементом, обеспечивающим упрочнение структуры. Остальная доля — дисперсное волокно, выполняющее функцию дисперсной арматуры, и воздух. Все эти компоненты обеспечивают получение сверхлегкого пенобетона.
Как отмечалось, основным недостатком пенобетона является его высокая влажностная усадка. Противоусадочные добавки создают расширяющиеся и напрягающие цементы в сочетании с микрокремнеземом и жидким стеклом. Гидролизованный микрокремнезем является типичным представителем слабой кремневой кислоты, в то время как жидкое стекло является щелочью. С одной стороны, перечисленные компоненты являются типичной противоусадочной добавкой, с другой — контакт асбеста с жидким стеклом упрочняет пересечения волокон, делает устойчивой систему в целом и придает сырьевой смеси свойства суперлегкого и прочного пенобетона.
Реализация изобретения осуществляется таким образом.

Проводят предварительную обработку волокна, представленного рубленым стекложгутом, или базальтовым резаным ровингом, или хризотил-асбестом в механическом смесителе путем перемешивания с жидким стеклом в количестве 2 мас.процента от сырьевой смеси. Затем в турбулентном смесителе перемешивают указанные компоненты сырьевой смеси — водный раствор "Пеностром" с расходом 1,5 л на 1 м 3 пенобетона, портландцемент, микрокремнезем, предварительно обработанные волокна. Расход водного раствора пенообразователя — 0,1-0,5 мас.процента от веса смеси портландцемента, микрокремнезема и волокна.
Получается суперлегкий пенобетон плотностью 50-150 кг/м 3 и теплопроводностью 0,035-0,06 Вт/мК.

Подготовил Вячеслав ГИЛЕВИЧ