Полезная модель относится к искусственным пористым камнеподобным материалам минерального происхождения, которые, наряду с пенополимерамы и техническими ватами, применяются в качестве дополнительной (эффективной) тепловой изоляции ограждающих конструкций зданий и сооружений.

Из уровня техники известны ячеистые бетоны неавтоклавного твердения, получаемые с газопоризованних смесей на основе портландцемента в качестве вяжущего, газообразователя и добавок, которые ускоряют схватывание и затвердевания цемента, без применения в составе смесей твердых минеральных заполнителей.

Известна смесь для изготовления неавтоклавного ячеистого бетона (Патент на изобретение RU Ns 2120926, МПК С04В 38/02, В28В 1/50, опубл. 27.10.1998), которая содержит, мае. ч.: цемент— 1, хлористый натрий или кальций— 0,005 - 0,001, микрокремнезем— 0,04 - 0,1, суперпластификатор С-3— 0,002 - 0,01, газообразователь— 0,0016 - 0,002, воду— 0,3 -0,4.

Известен состав сырьевой смеси для изготовления ячеистого бетона (Авторское свидетельство SU 1491857), которая содержит, мае. %: портландцемент— 50-55, известь— 3-5, алюминиевая пудру— 0,03- 0,05, хлористый натрий — 1-2, полуводный гипс — 0,5-2, водорастворимый препарат ВРП-1— 0,015-0,025 , вода— остальное.

Общей особенностью ячеистых бетонов, получаемых по обоими указанным техническими решениями, является слишком высокий показатель средней плотности материала в сухом состоянии (от 492 до 512 кг/м ³ в решении RU 2120926, от 300 до 360 кг/м ³ в решении SU 1491857).

Материал с такой плотностью может считаться теплоизоляционным среди строительных материалов конструкционной группы, но не является эффективной тепловой изоляцией в понимании возможности его применения для дополнительной тепловой изоляции строительных ограждений.

По этой же причине любой ячеистый бетон плотностью выше 200 кг/м ³ не может считаться материалом — субститутом относительно изделий, которые с этой целью массово применяются в строительстве собственно благодаря низкой (в диапазоне от 30 до 180 кг/м ³ ) объемный плотности (технические ваты и пенополимеры).

Именно поэтому приведенные технические решения, несмотря на декларации авторов относительно намерений снижения плотности и повышения теплотехнических свойств, не содержат среди характеристик главного показателя, которым характеризуется эффективный теплоизоляционный материал — коэффициент теплопроводности (значение которого для материалов соответствующей группы составляет не выше 0,08 Вт/(м-К)). Кроме того, цель достижения уровня эффективной изоляции авторами известных решений не заявлялась и не ставилась.

Следовательно, в контексте заявленной полезной модели, высокая плотность ячеистого бетона, получаемого по указанным техническим решениям, является недостатком.

Известен теплоизоляционный ячеистый бетон плотностью 140-155 кг/м под коммерческим наименованием Masa Lithopore (совместной разработки подразделений компаний Masa GmbH и Luca Industries International GmbH, Германия, https://www.masa- group.com/ru/products/litho-pore/). Указанный материал, аналогично заявленного, является неавтоклавным ячеистым бетоном на цементной основе, однако производится по технологии пенобетона, то есть поризация смеси осуществляется путем ее перемешивания с предварительно подготовленной пеной.

Недостатком этого технического решения является повышенная сложность и капиталоемкость производства, связанная с двухступенчатой технологией приготовления смеси и необходимостью дополнительной тепловлажностной обработки изделий.

Технической задачей полезной модели является получение газопоризованного цементного ячеистого бетона естественного затвердевания (газобетона) средней плотностью в сухом состоянии в диапазоне значений от 110 до 170 кг/м ³ путем создания нового состава ячеистобетонной смеси, в котором необходимое для достижения указанного уровня плотности уменьшение количества сухих компонентов компенсируется увеличением кратности вспучивания смеси.

Технический результат — обнаружение новых потребительских свойств газобетона, которые заключаются в возможности его применения в качестве эффективной строительной изоляции, как огнестойкого теплоизоляционного материала минерального происхождения, лишенного главных недостатков пенополимерной изоляции — горючести, токсичности, уязвимости к воздействию реальных эксплуатационных факторов, ограниченного срока эффективного использования и т.д.

Еще один технический результат — получение искусственного пористого камня низкой плотности, пригодного для использования в качестве эффективной строительной изоляции, экономически менее затратным, чем технология автоклавирования газосиликатов, способом.

Дополнительный технический результат — возможность производства негорючей минеральной строительной изоляции в качестве товарного продукта на региональных мини-предприятиях с доступным для малого бизнеса уровнем капиталовложений, как единственной на сегодня альтернативы техническим ватам, получаемым на капиталоемких производствах с высокой концентрацией производственных мощностей и соответствующим уровнем инвестиций.

Учитывая реальные теплофизические характеристики распространенных видов строительной изоляции (коэффициент теплопроводности в пределах 0,038-0,050 Вт/(м-К)), конкурентоспособность в этом отношении ячеистого бетона напрямую зависит от возможности снижения его плотности до уровня, который обеспечивает соразмерные показатели. Другие свойства ячеистого бетона, как полноценного строительного материала неорганического происхождения— несгораемость, безопасность для человека и среды, дешевизна и простота получения, является убедительным основанием для применения эффективной ячеистобетонной изоляции в массовом строительстве.

Теплоизоляционный ячеистый бетон открытой пористой структуры средней плотности в сухом состоянии от 110-170 кг/м ³ в форме мелкоразмерных плит или блоков может быть использован для термической изоляции (утепления) плоских строительных поверхностей, а также в качестве влагоаккумулирующего элемента стен и перекрытий.

Суть полезной модели— модификация известного газовспучиваемого цементного ячеистого бетона (газобетона) в направлении исключения из сырьевой смеси для его приготовления любых заполнителей, одновременно с повышением степени поризации смеси путем увеличения количества газообразователя на единицу вяжущего. Особенностью ячеистого бетона, получаемого в указанный способ, является образование структуры (твердой фазы) материала исключительно за счет кристаллогидратов составляющих цементного клинкера, то есть готовый материал является фактически пористым цементным камнем. Полезная модель реализуется по технологии газопоризованного цементного ячеистого бетона без дополнительной тепловлажностной обработки с применением интенсифицирующих и модифицирующих добавок.

Поставленная задача решается путем использования для получения газопоризованного неавтоклавного ячеистого бетона сырьевой смеси с последующим составом компонентов, в массовых долях по отношению к цементу: цемент— 1, водорастворимая соль— 0,0075-0,175, щелочной компонент— 0,001-0,05, газообразователь— 0,0063-0,0080, вода— 0,78- 0,94.

При этом в качестве цемента используется портландцемент марки 42,5 R, водорастворимой солью является более желательно хлорид кальция, или хлорид натрия, или хлорид калия, или их смеси, или хлорид железа, или хлорид алюминия, менее желательно нитрат кальция, или нитрат натрия, или формиат натрия, или их смеси, или сульфат натрия или сульфат алюминия, щелочным компонентом более желательно известь негашеная молотая, менее желательно сода каустическая, а газообразователем более желательно алюминиевая паста или алюминиевая пудра, менее желательно ферросицилиева пудра.

Одновременно с этим, с целью интенсификации схватывания портландцемента смесь дополнительно может содержать соду кальцинированную в количестве 0,002-0,003 мас.ч.

Одновременно с этим, с целью повышения прочности изделий путем уменьшения потребности в воде затворения без снижения подвижности смеси она дополнительно может содержать пластификатор или суперпластификатор в количестве 0,0001-0,05 мас.ч.

Одновременно с этим, с целью повышения прочности изделий смесь дополнительно может содержать высокоактивный метакаолин в количестве до 0,07 мас.ч. Одновременно с этим, с целью повышения прочности изделий смесь дополнительно может содержать известняковую муку в количестве до 0,03 мас.ч.

Одновременно с этим, с целью укрепления структуры цементного камня путем инициации образования дополнительного количества гидросиликатов кальция в результате реакции диоксида кремния с известью, как такой, источником которой является гидратация цемента, так и дополнительно введенной, смесь дополнительно может содержать микрокремнезем в количестве 0,04-0,10 мас.ч.

Одновременно с этим, с целью исключения появления и развития усадочных трещин изделий смесь дополнительно может содержать полипропиленовые волокна в количестве 0,003 - 0,005 мас.ч.

Одновременно с этим, с целью повышения прочности материала в ранние сроки твердения смесь для его получения может дополнительно содержать коллоидную суспензию двухводного гипса, изготовленную на основе полуводного гипса в количестве из расчета от 3 до 5 граммов полуводного гипса на 1 грамм газообразователя.

Целесообразность выбора того или иного реагента в качестве составляющей смеси, или применения той или иной добавки зависят от вида и происхождения цемента, минералогического состава клинкера, условий твердения изделий, а также в случае необходимости достижения тех или иных физико-технических показателей.

Получение ячеистого бетона средней плотностью в пределах заявленного диапазона осуществляется благодаря использованию такого количества газообразователя, которое позволяет заполнить заданный объем формообразующей оснастки смесью заданного объемного веса.

При этом ограничительными по количеству основных компонентов смеси являются следующие факторы: содержание водорастворимой соли в количестве, меньшем чем 0,0075 мас.ч. не обеспечивает минимально ощутимое ускорение затвердевания портландцемента, превышение содержанием водорастворимой соли показателя 0,175 мас.ч. влечет за собой опасность возникновения явления усадки ячеистого бетона;

содержание щелочного компонента ниже 0,001 мас.ч. не создает достаточной для эффективного газообразования щелочности жидкой фазы смеси, превышение содержанием щелочного компонента уровню 0,05 мас.ч. приводит к необоснованному пропорциональному снижению прочности ячеистого бетона;

содержание газообразователя в количестве, меньшем чем 0,0063 мас.ч. не позволяет достичь пористости ячеистого бетона, достаточной для обеспечения верхней границы заданного диапазона его плотности. Содержание газообразователя в количестве, высшем чем 0,0080 мас.ч. увеличивает его пористость выше уровня, необходимого для сохранения минимально необходимой прочности материала;

содержание воды в количестве, меньшем чем 0,78 мас.ч. не обеспечивает достаточной подвижности ячеистобетонной смеси, превышение водоцементным отношением уровня 0,94 мас.ч. негативно влияет на прочностные характеристики материала.

Сформированный ячеистобетонный массив выдерживается в естественных условиях и твердеет за счет: а) саморазогрева бетона, как в результате гидратации самого цемента, так и взаимодействия с ним, и между собой добавок; б) ограниченных теплопотерь, обусловленных повышенной теплозащитой формооснастки (термоизоляцией форм) и низкой теплопроводностью ячеистого бетона высокой пористости.

Массив выдерживается в формах в течение времени, необходимого для достижения им прочности, достаточной для освобождения массива от оснастки и разрезания на изделия заданной формы (минимум 6:00), а готовые ячеистобетонные изделия подвергают технологическому отстою в естественных условиях в течение 7-14 дней для достижения ими отпускной (марочной) прочности.

Состав сырьевой смеси заявленного теплоизоляционного ячеистого бетона иллюстрируется примером.

Пример 1.

Для получения ячеистого бетона использовали портландцемент марки 42,5 R, хлорид кальция, известь негашеную молотую и алюминиевую пасту. Ячеистобетонную смесь готовили и осуществляли испытания согласно ДСТУ-Н Б В.2.7-308: 2015 «Руководство по изготовлению изделий из ячеистого бетона», ДСТУ Б В.2.7-164: 2008 «Изделия из ячеистых бетонов теплоизоляционные. Технические условия».

Все сухие компоненты смеси взвешивали в необходимом количестве. Воду с температурой 40°С и сухие компоненты загружали в высокоскоростной турбулентный смеситель по следующей последовательности загрузки: вода, хлорид кальция, портландцемент, известь негашеная молотая. Сформированную смесь смешивали в течение 4 мин. Далее в смесь вводили предварительно подготовленную алюминиевую суспензию и перемешивали в течение 1,5 мин. Полученную ячеистобетонную смесь заливали в форму размером 153x121x110см. Освобождение сформированного ячеистобетонного массива от формооснастки (распалубки) осуществляли через сутки, после чего массив заворачивали в полимерную пленку и выдерживали с целью затвердевания в условиях производственного помещения и при обычной температуре окружающей среды в течение 7 суток. В дальнейшем отобранные по нормативным требованиям образцы высушивали до постоянной массы и подвергали физико-механическим испытаниям. Результаты испытаний, а также другие примеры состава предлагаемой и известных ячеистобетонных смесей (из материалов патента RU 2120926 и авторского свидетельства SU 1491857) приведены в Таблице 1. В приведенных примерах среднюю плотность готового материала составляет суммарный весовой состав сухих компонентов - портландцемента, водорастворимой соли, щелочного компонента и газообразователя, а также расчетного количества химически связанной воды из расчета 10% от массы цемента.

Совместное присутствие в смеси предлагаемого состава указанных веществ в указанном соотношении обеспечивают получение неавтоклавного ячеистого бетона с принципиально отличительными характеристиками по средней плотности, что в итоге обеспечивает полученному материалу показатели теплопроводности, необходимые и достаточные для его использования в качестве дополнительной (эффективной) теплоизоляции строительных конструкций.

Заявленный теплоизоляционный неавтоклавный ячеистый бетон позволяет расширить сферу применения цементного ячеистого бетона неавтоклавного твердения (газобетона); расширить потребительский выбор на рынке эффективной строительной изоляции; получить новый теплоизоляционный строительный материал минерального происхождения, пригодный для использования в качестве негорючей эффективной изоляции строительных ограждений, с набором преимуществ, отсутствующих у материалов-субститутов.

Преимуществами неавтоклавного теплоизоляционного ячеистого бетона по сравнению с автоклавным является более низкие капиталоемкость и энергоемкость его производства, а также возможность организации такого производства на небольших предприятиях регионального уровня с незначительной технологической сложностью и объемом инвестиций. Преимуществами ячеистобетонной теплоизоляции, изготовленной с использованием предлагаемой смеси по сравнению с субститутами - представителями сегмента негорючей плиточной строительной изоляции, являются повышенная экологичность, устойчивость к воздействию реальных эксплуатационных факторов, в частности отсутствие деструктивных последствий увлажнения, как следствие - практически неограниченный срок полезного использования.

Изделия, получаемые по полезной модели, могут быть использованы для термической изоляции ограждающих конструкций зданий и сооружений, в качестве изолирующего элемента фасадных систем зданий, в качестве влагоаккумулюючего элемента ограждающих конструкций зданий, а также в качестве элемента для строительства с использованием элементов полной заводской готовности.

Таблица 1