RU2613208C1

RU2613208C1 - Смесь для жаростойкого пенобетона на основе наноструктурированного композиционного гипсового вяжущего, способ изготовления изделий

Info

Publication number: RU2613208C1
Application number: RU2015154395A
Authority: RU
Inventors: Наталья Ивановна Кожухова; Алла Васильевна Череватова; Игорь Владимирович Жерновский; Марина Ивановна Кожухова; Елена Валерьевна Войтович
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2017-03-15

Abstract

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для получения теплоизоляционных и теплоизоляционно-конструкционных материалов при изготовлении элементов зданий и сооружений в промышленном и гражданском строительстве. Технический результат заключается в улучшении основных технико-эксплуатационных и теплофизических характеристик: механической прочности, пористости, плотности, теплопроводности, повышении жаростойкости. Смесь для жаростойкого пенобетона включает композиционное наноструктурированное гипсовое вяжущее, пенообразователь и воду, где в качестве вяжущего используют композицию, состоящую из гипса и тонкомолотого кремнеземсодержащего компонента - высококонцентрированной суспензии кремнеземсодержащего сырья с содержанием частиц менее 5 мкм, составляющих 20-50% и влажностью 12-20%, в качестве пенообразователя используют протеиновый пенообразователь при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанное вяжущее (на сухое вещество) 60,7-75,3, при соотношении компонентов, мас.%: гипс строительный 10-90 и кремнеземсодержащий компонент 90-10, пенообразователь 1,3-2,4, вода 22,5-36,9. 2 ил., 5 табл., 2 н.п. ф-лы.

Description

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для получения теплоизоляционных и теплоизоляционно-конструкционных материалов при изготовлении элементов зданий и сооружений в промышленном и гражданском строительстве.

Известна пенобетонная смесь для производства пенобетонов неавтоклавного твердения [патент РФ №2473520, заявл. 24.11.2005, кл. С04В 38/10], состоящая из портландцемента, глиноземистого цемента, гипса строительного, песка для строительных работ, золы-уноса, пенообразователя Ареком-4 и воды, отличающаяся тем, что она в своем составе содержит гипсоглиноземистый расширяющийся цемент в качестве основного вяжущего модифицированного портландцементом и предназначена для производства пенобетонных блоков неавтоклавного твердения при следующем соотношении компонентов, кг (л) на 1 м³: Глиноземистый цемент 347,6; Гипс строительный 157,6; Портландцемент М500 Д0 21,2; Песок для строительных работ 197,2; Зола-уноса 197,6; Пенообразователь Ареком-4 4,2; Вода 423,6.

Недостатками получаемых пенобетонных изделий являются высокая плотность, высокая теплопроводность: при р=800 кг/м³ коэффициент теплопроводности составляет 0,21 Вт/м°С. Кроме того, получаемые изделия не являются жаростойкими.

Известен легкий ячеистый бетон [патент РФ №2298539, заявл. 24.11.2005, кл. С04В 38/10], включающий бесцементное вяжущее, наполнитель, пенообразователь, стабилизатор пены и воду, отличающийся тем, что он содержит в качестве бесцементного вяжущего продукт совместного помола до удельной поверхности 600-750 м²/кг смеси, мас.%: высококальциевая зола-унос 60-80, отработанный формовочный песок литейного производства, прошедший магнитную обработку по отделению пригарков, с содержанием кремнезема выше 90% 10-30 и продукт высокоглиноземистый с содержанием оксида алюминия выше 80% - отход абразивного производства 5-10, а в качестве наполнителя - кислую золу сухого отбора от сжигания каменного угля, в качестве пенообразователя - пенообразователь "ПБ-2000", в качестве стабилизатора пены - жидкое натриевое стекло и дополнительно - суперпластификатор С-3, при этом указанные вяжущее и наполнитель предварительно подвергнутый совместной механохимической активации на стержневой мельнице при следующем соотношении компонентов, мас.%:

указанное бесцементное вяжущее	28,4-32,1
указанная кислая зола	28,4-32,1
суперпластификатор С-3	0,17-0,19
жидкое натриевое стекло	0,16-0,2
пенообразователь "ПБ-2000"	0,16-0,2

Недостатками известного бетона является использование техногенного сырья непостоянного химического и минералогического состава, имеющего достаточно ограниченные запасы. Кроме того, плотность получаемого пенобетона имеет высокое значение при недостаточной прочности.

Известен способ получения пенобетона [патент РФ №2128154, заяв. 09.04.1997, кл. С04В 38/10], включающий приготовление пены, перемешивание ее со смесью вяжущего, наполнителя и раствора, причем смесь готовят путем механохимической активации вяжущего и наполнителя в течение 120- 600 с с последующим их перемешиванием в течение 30-120 с с раствором добавок, а в качестве наполнителя используют аморфный кремнезем фракции 0,01-1,0 мм в количестве 25-60%, а пену с полученной смесью перемешивают в течение 20-60 с.

Недостатком данного способа является сложность технологического исполнения, достаточно длительный процесс твердения полуфабриката. Положительный результат возможен лишь при четком соблюдении всех параметров способа.

Известен способ получения пеногипсовых образцов [Zora

, Ladislav Pach,

Lokaj. The effect of surface active substance concentration on the properties of foamed and non-foamed gypsum/Ceramics -

. (2010).54 (4) P. 379-385] путем совместного смешения всех компонентов вяжущей смеси и воды путем ручного перемешивания в течение ≈1,5 мин с последующим добавлением пены в систему. Полученную пеномассу смешивают в смесителе со скоростью перемешивания ≈800 оборотов в минуту в течение 1,5 мин.

Недостатком данного метода является неравномерность распределения компонентов получаемой суспензии в объеме системы, что приводит к формированию неравномерной структуры ячеистого композита.

В качестве прототипа выбирается сырьевая смесь для изготовления пенобетона [патент РФ №2447042, заяв. 04.10.2010, кл. С04В 38/10, В82В 1/00], включающая бесцементное наноструктурированное вяжущее - высококонцентрированную суспензию природного перлита в воде с содержанием частиц менее 5 мкм, составляющих 40-70% и влажностью 14-28% 63,70-67,87, белковый пенообразователь 0,12-0,40, синтетический пенообразователь 0,20-0,28, вода 31,73-35,70. Недостатками известного изобретения является высокая теплопроводность 0,08, длительное время твердения (набора структурной прочности) полуфабриката, а также относительно низкая прочность пенобетона в высушенном состоянии.

В качестве прототипа принимается способ изготовления изделий из пенобетона [патент РФ №2412136, заяв. 21.09.2009, кл. С04В 38/10, С04В 40/00, В82В 1/00], а именно безобжиговых, безавтоклавных строительных изделий на основе кремнеземсодержащего сырья, включающий подготовку технической пены путем механической обработки в пеногенераторе-смесителе водного раствора пенообразователя, перемешиванием ее с бесцементным наноструктурированным вяжущим - высококонцентрированной суспензией кремнеземсодержащего сырья, формование из полученной пеномассы изделий, упрочнение и сушку. Дополнительная операция по упрочнению заключается в обработке поверхности изделия после сушки раствором щелочного силиката с плотностью 1,06-1,08 г/см³, с последующей окончательной сушкой.

Получаемый по данному способу материал можно отнести к группе теплоизоляционно-конструкционных, но для данного вида материала изделия, получаемые по описанному выше способу имеют невысокие эксплуатационные характеристики. Кроме того, в настоящее время весьма актуальна проблема получения ячеистых бетонов, сочетающих в себе функциональные качества теплоизоляционного и конструкционного материала, обеспечивающих долговечность и экологическую безопасность конструкций, адаптированных к экстремальным условиям эксплуатации:

- пожароопасных ситуациях;

- знакопеременных температур.

В настоящее время особенности общественно-экономического развития нашей страны предопределяют направление современного строительства и диктуют потребность в высокоэффективных строительных материалах с принципиально новыми свойствами и определенной заранее заданной структурой. Кроме того, обнародование Закона РФ «Об энергосбережении» заставила Госстрой пересмотреть положение ГОСТов и СНИП в отношении теплозащиты зданий и сооружений. Поэтому закономерно, что производство современных строительных материалов с высокими теплофизическими характеристиками является одной из главных задач стоящих перед строительной отраслью.

Одним из путей решения этих непростых задач является широкое применение в строительстве доступных высококачественных вяжущих материалов, к которым в полной мере можно отнести композиционные вяжущие на основе гипса. Предпосылками к этому служат степень разработки сырьевой базы, возможность стопроцентной переработки природного и техногенного гипсового сырья, простота производства изделий из них, а также биопозитивность материалов на основе гипсовых вяжущих.

Получение высокоэффективных вяжущих веществ нового поколения сегодня сопровождается использованием сложных составов и компонентов. Создание таких вяжущих возможно только на базе современных высоких технологий, основанных на научных методиках.

В связи с этим необходимо применение современных технологических подходов, позволяющих управлять структурообразованием на микро- и наноуровне для создания эффективных бесцементных композиционных гипсовых вяжущих и материалов на их основе.

К перспективным материалам нового поколения относятся наноструктурированные вяжущие негидратационного типа твердения, которые могут применяться для производства композитов строительного и специального назначения.

Наноструктурированное вяжущее (НВ) представляет собой неорганическую полидисперсную и полиминеральную вяжущую систему, имеющую преимущественно силикатный или алюмосиликатный состав и обладает высокой концентрацией активной твердой фазы, содержащей нанодисперсный компонент в количестве 3-10% [Череватова А.В. Минеральные наноструктурированные вяжущие. Природа, технология и перспективы применения / А.В. Череватова, И.В. Жерновский, В.В. Строкова. - LAM LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG. - Saarbrucken. - 2011. - 170 pp.].

Специфика технологии НВ позволяет использовать в качестве основного сырьевого компонента широкий спектр кремнеземсодержащих пород, что дает возможность адаптировать технологию получения вяжущего к различным регионам, в зависимости от наличия месторождений.

В те же время в последние годы в мировой практике неуклонно растет интерес к безклинкерным ячеистым композитам строительного назначения, эффективно сочетающим в себе экологические, технико-экономические и теплофизические характеристики. В связи с этим, с учетом отмеченных предпочтений современного строительного рынка наиболее ярким примером могут служить изделия и конструкции на основе пеногипса и его разновидностей [И.В. Бессонов, Р.И. Шигапов, В.В. Бабков Теплоизоляционный пеногипс в малоэтажном строительстве // Строительные материалы. 2014. №7. С. 9-13]. Ячеистые изделия на основе гипсового вяжущего обладают такими важными преимуществами, как территориальная доступность сырьевой базы, простота и дешевизна технологического процесса получения гипсовых изделий, экологическая чистота и высокие теплозащитные свойства.

Пенобетон на основе НВ, не смотря на ограниченность его использования в силу малой распространенности и изученности, наравне с гипсовыми ячеистыми аналогами, является довольно эффективным экологичным теплоизоляционным материалом (табл. 1) [Павленко Н.В., Череватова А.В., Строкова В.В. Особенности получения рациональной поровой структуры пенобетона на основе наноструктурированного вяжущего // Строительные материалы. 2009. №10. С. 33-36].

Согласно приведенным данным (табл. 1), наряду с явными преимуществами для пенобетонных изделий на основе гипса и НВ необходимо отметить ряд недостатков.

В первом случае, при достаточной прочности основным недостатком пенобетонных изделий на основе гипса является довольно высокий коэффициент теплопроводности, а также полное разрушение под воздействием высоких температур, т.е. отсутствие жаростойкости.

Для пенобетонных композитов на основе НВ наблюдается обратный эффект: при незначительной прочности для них характерны низкие значения по плотности и теплопроводности, а также высокая устойчивость в условиях высокотемпературного воздействия. Более того, после высокотемпературной обработки пенобетона на основе НВ наблюдается увеличение прочностных показателей в сравнении с аналогами, не подвергающимися действию высоких температур.

Альтернативой пеногипсу могут служить пенобетонные изделия, получаемые на основе новых видов композиционного гипсового вяжущего, одним из которых является КГНВ - композиционное гипсовое вяжущее с применением наноструктурированного компонента [Строкова В.В., Череватова А.В., Жерновский И.В., Войтович Е.В. Особенности фазообразования в композиционном наноструктурированном гипсовом вяжущем // Строительные материалы. 2012. №7. С. 9-12].

Задачей предлагаемого изобретения является создание высокоэффективного теплоизоляционного и теплоизоляционно-конструкционного экологически чистого пенобетона на основе принципиально нового вида бесцементного наноструктурированного вяжущего с улучшенными физико-механическими и теплофизическими свойствами, изготовление из него технологичных, экономичных и экологически безопасных изделий для возведения теплоэффективных, жаростойких ограждающих конструкций современных зданий.

В заявляемом составе жаростойкого пенобетона и и способе его получения также ставились следующие задачи:

- наиболее полно использовать эффект структурообразования в вяжущей системе за счет применения кремнеземсодержащего компонента с повышенной степенью реакционного взаимодействия;

- выявить особенности формирования микроструктуры цементирующего вещества композиционного гипсового вяжущего, заключающиеся в образовании буферных наносистем, обеспечивающих высокие эксплуатационные характеристики и жаростойкость;

- получить высококачественные пенобетоны с направленно регулируемыми эксплуатационными свойствами.

Изобретение направлено на упрощение и удешевление способа, а также существенное повышение эффективности технологического процесса за счет существенного сокращения сроков изготовления пенобетонных изделий с сохранением и улучшением основных технико-эксплуатационных и теплофизических характеристик: механической прочности, пористости, плотности, теплопроводности. Кроме того, изобретение позволяет получить по предлагаемой технологии пенобетон, обладающий свойствами теплоизоляционно-конструкционного материала с повышенной жаростойкостью.

Указанные задачи достигаются разработкой состава смеси для жаростойкого пенобетона на основе наноструктурированного композиционного гипсового вяжущего, включающего композиционное наноструктурированное гипсовое вяжущее, пенообразователь и воду, в котором, согласно предлагаемому решению, в качестве указанного вяжущего используют композицию, состоящую из гипса строительного и тонкомолотого кремнеземсодержащего компонента, полученного мокрым помолом кремнеземсодержащего сырья и представляющего собой минеральную высококонцентрированную суспензию с влажностью 12-20% и содержанием частиц менее 5 мкм, составляющих 20-50%, а в качестве пенообразователя - протеиновый пенообразователь при следующем соотношении компонентов, мас.%:

указанное вяжущее (на сухое вещество)

60,7-75,3

при соотношении компонентов, мас.%:

гипс строительный 10-90 и кремнеземсодержащий компонент	90-10,
указанный протеиновый пенообразователь	1,3-2,4
вода	22,5-36,9

Задачи достигаются также способом получения жаростойкого пенобетона заявляемого состава, включающего подготовку технической пены путем механической обработки в пеногенераторе-смесителе водного раствора пенообразователя, перемешиванием ее с композиционным наноструктурированным гипсовым вяжущим, формование из полученной пеномассы изделий и последующую их сушку, в котором, согласно предлагаемому решению, в качестве указанного вяжущего используют композицию, состоящую из гипса и тонкомолотого кремнеземсодержащего компонента, полученного мокрым помолом кремнеземсодержащего сырья и представляющего собой минеральную высококонцентрированную суспензию с влажностью 12-20% и содержанием частиц менее 5 мкм, составляющих 20-50%. Получение вяжущей композиции осуществляется параллельно приготовлению пены и заключается в предварительном смешении наноструктурированного кремнеземного компонента с водой в течение 30-60 с (до получения однородной водной суспензии) с последующим введением гипса и перемешиванием в течение 20-30 с, до получения композиционного вяжущего нормальной консистенции (расплыв конуса 180±5 мм).

В качестве кремнеземистого сырья для получения вяжущего могут быть использованы природные и искусственные кварцевые пески, кварцито-песчанники и другие материалы, преимущественно содержащие не менее 60% SiO₂ (таблица 2).

Для получения композиционного наноструктурированного гипсового вяжущего может применяться гипс строительный по ГОСТ 125-79 (СТ СЭВ 826-77). Также может применяться вода по ГОСТ 23732.

В качестве пенообразователя могут быть использованы различные протеиновые, например «Biofoam», «Foamin С» (таблица 3).

Пример конкретного выполнения. Для получения пенобетонной смеси и испытания ее пригодности для производства теплоизоляционных и теплоизоляционно-конструкционных материалов был выполнен ряд операций в соответствии с заявляемым составом пенобетона на основе композиционного наноструктурированного гипсового вяжущего и способом изготовления изделий из пенобетона.

В качестве кремнеземистого сырья для получения высококонцентрированной суспензии кремнеземсодержащего сырья могут быть использованы природные и искусственные кварцевые пески, в данном случае использовали песок Корочанского месторождения (Белгородская обл.), с содержанием 91,82% SiO₂, химический состав которого приведен в таблице 2.

Для получения высококонцентрированной суспензии кремнеземсодержащего сырья осуществляли мокрый помол в шаровой мельнице с постадийной загрузкой материала, соблюдая основные принципы получения высококонцентрированных суспензий [Ливийский Ю.Е. Керамические вяжущие и керамобетоны / Ю.Е. Ливийский. - М.: Металлургия, 1990, 270 с.].

Выбор концентрации системы на первом этапе измельчения осуществлялся с учетом коэффициента упаковки исходного материала и других его характеристик, а также габаритных размеров мельницы. На первой стадии помола обычно вводят всю жидкость, рассчитанную по конечной концентрации суспензии. Продолжительность этой стадии процесса в зависимости от многих факторов колеблется в пределах от 1 до 5 ч. В данном случае продолжительность этой стадии процесса составила 2 ч. Степень дисперсности при этом должна быть такой, чтобы средний размер частиц был по крайней мере в 10-20 раз меньше размера вводимого при очередной загрузке материала. Оптимальные результаты, как правило, могут быть получены в том случае, когда на первой стадии помола достигается дисперсность, характеризуемая значительным (до 20-50%) содержанием частиц фракции менее 5 мкм. В этом случае суспензия является как бы сжатой, ускоряющей процесс последующего измельчения после введения очередной порции материала.

При постадийной загрузке материала по мере повышения объемной концентрации уменьшается эффективная плотность мелющих тел и существенно возрастает влажность. Благодаря постепенному понижению объемного содержания жидкости, увеличению сил трения возрастает температура процесса, которая в значительной степени определяет реологические свойства системы непосредственно в процессе измельчения, а также свойства высококонцентрированной суспензии кремнеземсодержащего сырья после измельчения. Так, с ростом температуры значительно уменьшается как общая вязкость системы, возрастает ее текучесть, так и дилатантные свойства, что позволяет вести процесс помола при повышенных концентрациях.

После окончания мокрого помола, полученная высококонцентрированная суспензия кремнеземсодержащего сырья имела влажность 13,8%, с содержанием частиц менее 5 мкм 43%.

Для получения формовочной смеси пенобетон требуемого качества необходимо правильно и в заданной последовательности дозировать исходные составляющие компоненты.

Предварительно готовили техническую пену путем механической обработки в пеногенераторе-смесителе турбулентно-кавитационного типа водного раствора пенообразователя. В качестве пенообразователя использовался белковый пенообразователь «Biofoam».

Получение вяжущей композиции осуществлялось параллельно приготовлению пены в закрытом гравитационном смесителе. Эта операция проводилась поэтапно и заключалась в предварительном смешении полученной ранее высококонцентрированной суспензии кремнеземсодержащего сырья с водой в течение 60 с (до получения однородной водной суспензии) с последующим введением гипса и перемешиванием в течение 30 с, до получения композиционного вяжущего нормальной консистенции (расплыв конуса 180±5 мм). Контроль данного параметра осуществлялся по стандартной методике (ГОСТ 23789-79).

В данном случае для получения композиционного наноструктурированного гипсового вяжущего использовался гипс строительный марки Γ-5ΑΙΙ производства «Самарский гипсовый комбинат» г. Самара.

Следует отметить, что предварительное получение водной суспензии позволяет при дальнейшем введении гипсового вяжущего создать однородную сырьевую смесь с равномерно распределенным тонкомолотым кремнеземсодержащим компонентом по структуре системы в период заданного времени и замедлить сроки схватывания гипсового композита (рис. 1).

Затем в пеногенератор-смеситель подавали композиционное наноструктурированное гипсовое вяжущее, смешивали его с полученной пеной до степени однородной устойчивой пеномассы. Полученную таким образом пеномассу подавали на узел формования, где осуществлялась ее заливка в формы.

Сушка изделий осуществлялась в сушильной камере в температурном интервале 30-50°. Продолжительность сушки зависит от габаритных размеров получаемого изделия.

Данные по механической прочности, плотности, теплопроводности, полученные в результате известным образом проведенных испытаний, приведены в таблице 4.

Таким же образом были получены пенобетонные изделия с применением другого протеинового пенообразователя: «Foamin С». Данные приведены в таблице 5.

Для создания технологии высокоэффективных наноструктурированных материалов, необходимо решить проблемы по разработке композиционных систем обладающих такими свойствами как простота технической реализации, материалы и изделия не должны быть дефицитными и дорогими, безопасны в эксплуатации и совместимы с системами для обеспечения жизнедеятельности человека с точки зрения экологии.

Следует обратить особое внимание на уникальное свойство разрабатываемого пенобетона - его повышенную жаростойкость. Повышение жаростойкости гипсокремнеземной ячеистой системы связано с изменениями на микро- и наноструктурном уровне и вызвано формированием субкристаллических призматических образований гидросульфосиликатных фаз.

Структурно-сопряженные контактные зоны между минеральными новообразованиями и наполнителями композиционных вяжущих является важнейшим фактором формирования высоких прочностных и других эксплуатационных свойств строительных материалов. В особой степени это относится к композиционным вяжущим сульфосиликатного состава.

В ходе ранее проведенных исследований [И. В. Жерновский. К вопросу о жаростойкости композиционного вяжущего системы CaO-SO₃-SiO₂-H₂O / И.В. Жерновский, А.В. Череватова, Е.В. Войтович, А.Д. Ксенофонтов //Строительные материалы. №7, 2014. С. 9-11], были рассмотрены вопросы термической трансформации фазового состава гипсового и композиционного наноструктурированного гипсового вяжущего. Показано, что образование силикатных и сульфосиликатных минеральных фаз в системе CaO-SO₃-SiO₂-H₂O способствует уменьшению изменения объема кристаллических фаз в вяжущем при термальном воздействии, что повышает резистентность материала деструктивным процессам при высоких температурах. В частности, изменение объема кристаллических фаз при термальной фазовой трансформации сульфосиликатного кальциевого вяжущего при Т=1000°С близко к единице, в отличие от гипсового вяжущего, у которого наблюдается почти четырехкратное уменьшение объема кристаллических фаз, что является причиной деструктивных процессов. Сделан вывод о целесообразности расширения вяжущей системы CaO-SO₃-H₂O до CaO-SO₃-SiO₂-H₂O, путем введения реакционно-активного кремнезема, для выравнивания, за счет формирования сульфосиликатных и силикатных фаз кальция, молярных объемов вяжущих в исходном состоянии и после термических воздействий, приводящих к дегидратационным и десульфатационным трансформациям фазового состава.

Возникновение эмерджентных свойств композиционного наноструктурированного гипсового вяжущего будет проявляется в повышении (до 50%) прочностных свойств низкомарочных гипсов, относительном уменьшении объемной усадки в 3 раза при термообработке до 1000°С, увеличении сроков схватывания для оптимальных (по прочностным показателям) на 50%, снижении водогипсового отношения.

Применительно к ячеистым системам (пенобетонам) особенности структурных изменений и фазовых трансформаций при высоких температурах рассмотрены ранее не были.

Поэтому к комплексу известным образом проведенных испытаний на основные характеристики образцов пенобетов экспериментальных составов, были добавлены испытания на жаростойкость по ГОСТ 30247.0-94.

Образцы всех составов были термообработаны с продолжительной изотермической выдержкой при 1000°С по стандартному режиму, описанному в ГОСТ 30247.0-94.

Результаты испытаний представлены в таблице 4, 5.

Анализ микроструктуры образцов показал, что в результате высокотемпературной обработки наблюдается деструкция гипсового камня за счет дегидратации и десульфатации системы и, как следствие, разрушение гидросульфатов кальция (рис. 2 г), характерных для гипсовой системы, твердеющей в естественных воздушных условиях (рис. 2 а). Процессы фазовой деструкции способствуют уплотнению и уменьшению объема структуры, что вызывает ярко выраженные усадочные деформации, подтверждаемые визуальной оценкой образцов пенобетона до и после высокотемпературной обработки.

На основании визуальной оценки микроструктуры гипсового камня до и после высокотемпературной обработки (рис. 2 а, г), а также с учетом ранее проведенных исследований [И.В. Жерновский. К вопросу о жаростойкости композиционного вяжущего системы CaO-SO₃-SiO₂-H₂O / И.В. Жерновский, А.В. Череватова, Е.В. Войтович, А.Д. Ксенофонтов //Строительные материалы. №7, 2014. C.9-11], фазовый состав гипсового камня, подверженного высокотемпературной обработке представлен кристаллическими псевдоморфными образованиями извести по ангидриту.

В то же время, для затвердевшей пеномассы на основе НВ характерна более рыхлая и менее упорядоченная структура без видимых признаков новообразований (рис. 2 в) в сравнении с гипсовой системой. Однако после высокотемпературной обработки при 1000°С для системы на основе НВ наблюдается упорядочение и уплотнение структуры (рис. 2 е), что, вероятно, вызвано термальной перекристаллизацией низкотемпературной модификации кварца с формированием более низкодефектной структуры. Это, в свою очередь, способствует упрочнению системы.

Микроструктура композиционной гипсокремнеземной системы до высокотемпературного воздействия демонстрирует высокую пористость системы, слабую адгезию частиц кремнезема к кристаллам гидросульфатов кальция (рис. 2 б). Однако в структуре термически обработанного гипсокремнеземного образца в результате интенсификации процессов реструктурирования кристаллов гидросульфатов кальция наблюдается формирование субкристаллических призматических образований гидросульфосиликатных фаз, предположительно эллестадита (рис. 2 д), обеспечивая при этом значительно меньшие усадочные деформации в объеме твердеющей матрицы композита.

Таким образом, авторами разработан способ получения пенобетонных изделий на основе наноструктурированного композиционного гипсового вяжущего. Этот способ позволяет улучшить теплофизические характеристики ячеистых композитов, получаемых с использованием бесцементных вяжущих. Применение гипсокремнеземного вяжущего придает получаемым композитам повышенные показатели жаростойкости, предотвращая их растрескивание и усадку при высокотемпературных воздействиях, что связано с трансформацией низкотемпературных фаз в субкристаллические призматические образования.

Материалы этого класса не только снижают теплопроводность ограждающих конструкций, но и обладают конструкционными свойствами, обеспечивающими длительную службу сооружения в условиях большого температурного градиента. В этом случае может быть достигнут оптимальный эффект от применения жаростойких пенобетонов на основе наноструктурированного композиционного гипсового вяжущего.

Claims

1. Смесь для жаростойкого пенобетона на основе наноструктурированного композиционного гипсового вяжущего, включающая композиционное наноструктурированное гипсовое вяжущее, пенообразователь и воду, отличающаяся тем, что в качестве указанного вяжущего используют композицию, состоящую из гипса строительного и тонкомолотого кремнеземсодержащего компонента, полученного мокрым помолом кремнеземсодержащего сырья и представляющего собой минеральную высококонцентрированную суспензию с влажностью 12-20% и содержанием частиц менее 5 мкм, составляющих 20-50%, а в качестве пенообразователя - протеиновый пенообразователь при следующем соотношении компонентов, мас.%:

указанное вяжущее (на сухое вещество) 60,7-75,3

при соотношении компонентов, мас.%:

2. Способ изготовления изделий из жаростойкого пенобетона по п. 1, включающий подготовку технической пены путем механической обработки в пеногенераторе-смесителе водного раствора пенообразователя, перемешиванием ее с композиционным наноструктурированным гипсовым вяжущим, формование из полученной пеномассы изделий и последующую их сушку, отличающийся тем, что в качестве указанного вяжущего используют композицию, состоящую из гипса и тонкомолотого кремнеземсодержащего компонента, полученного мокрым помолом кремнеземсодержащего сырья и представляющего собой минеральную высококонцентрированную суспензию с влажностью 12-20% и содержанием частиц менее 5 мкм, составляющих 20-50%, получение вяжущей композиции осуществляется параллельно приготовлению пены и заключается в предварительном смешении наноструктурированного кремнеземного компонента с водой в течение 30-60 с (до получения однородной водной суспензии) с последующим введением гипса и перемешиванием в течение 20-30 с до получения композиционного вяжущего нормальной консистенции (расплыв конуса 180±5 мм).