Результат интеллектуальной деятельности: ГРАНУЛИРОВАННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ ЗАПОЛНИТЕЛЬ ДЛЯ СИЛИКАТНЫХ СТЕНОВЫХ ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ ТРЕПЕЛА И СИЛИКАТНОЕ СТЕНОВОЕ ИЗДЕЛИЕ

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для получения силикатных стеновых изделий - силикатного кирпича, плиток, блоков, стеновых панелей и т.п., подвергающихся автоклавной обработке при твердении.

При получении силикатных стеновых изделий автоклавного твердения используются различные заполнители. Известен заполнитель в виде обожженной при 1180°C глинистой кремнеземсодержащей породы, дробленной до фракции 0,4-1,2 мм, пропитанной известковой суспензией. Данный заполнитель используется при получении силикатных стеновых изделий, подвергающихся автоклавной обработке при твердении. Технология изготовления силикатных стеновых изделий включает в себя перемешивание двух компонентов - известьсодержащего и заполнителя, состоящего из глинистой вспученной породы, пропитанной известковой суспензией, далее следует доувлажнение смеси до формовочной влажности, формование изделий и запаривание их в автоклаве при давлении 1 МПа при температуре 178°C в течение 12 часов [Патент РФ №2142440, кл.⁶ C04B 28/18, 1998].

Недостатками указанного заполнителя и силикатного стенового изделия является то, что используемый заполнитель не позволяет существенно снизить теплопроводность и получить силикатные изделия с высокой водостойкостью, а также при получении обжигового заполнителя расходуется много энергии.

Наиболее близким к предлагаемому решению является использование безобжигового гранулированного заполнителя при получении силикатных стеновых изделий, например силикатного кирпича. Силикатные сырьевые смеси помимо негашеной извести и кварцевого песка включают композиционный заполнитель в виде безобжиговых гранул на основе трепела и гидроксида натрия. Технология изготовления силикатных изделий по прототипу включает в себя перемешивание компонентов - композиционного гранулированного заполнителя, извести и кварцевого песка, доувлажнение смеси до формовочной влажности, формование изделий и запаривание их в автоклаве при давлении 1 МПа при температуре 178°C в течение 12 часов [Патент РФ №2365555, C04B 28/18, 2009].

Недостатками указанного гранулированного заполнителя и силикатного стенового изделия является то, что используемый заполнитель не позволяет существенно снизить теплопроводность и получить силикатные изделия с высокой водостойкостью.

Предлагаемое изобретение направлено на снижение теплопроводности силикатных изделий и повышение их водостойкости.

Технический результат достигается с помощью гранулированного композиционного заполнителя для силикатных стеновых изделий размером 0,5-10,0 мм, состоящего из ядра и оболочки, где ядро получено гранулированием смеси совместно молотых до удельной поверхности 150-250 м²/кг трепела и гидроксида натрия, при их массовом соотношении 0,70-0,95:0,05-0,30 со связкой - водным раствором силиката натрия плотностью 1,2-1,3 г/см³ в количестве 0,1-7,0 мас.% от смеси, а оболочка сформирована на поверхности ядра его окатыванием сухой пылевидной смесью совместно молотых извести негашеной и натрия кремнефтористого в массовом соотношении 0,85-0,95:0,05-0,15, с последующим твердением до прочности не менее 2,1 МПа, согласно предлагаемому решению, состав оболочки гранулы дополнительно содержит глиоксаль в количестве 1,0-7,0 мас. (на 100%-ное вещество) от массы компонентов оболочки.

Глиоксаль - органическое соединение с формулой ОСНСНО. Имеет вид желтой жидкости с запахом формалина. Является простейшим диальдегидом - веществом, содержащим две альдегидные группы.

Обычно продается 40% жидкость.

Бифункциональная молекула глиоксаля обеспечивает его специфическую активность по отношению ко многим материалам, что широко используется в строительной отрасли. Из практики известно, что введение в состав силикатных материалов глиоксаля позволяет придать им влагостойкость, повысить их адгезию к растворам. Глиоксаль применяют при производстве прочных и водостойких марок бетона.

Заявляемое силикатное стеновое изделие характеризуется тем, что оно получено с использованием указанного заполнителя.

Характеристика компонентов:

1. В качестве компонента для сырьевой смеси и защитной оболочки композиционного заполнителя использовали известь негашеную строительную производства ОАО «Стройматериалы», г.Белгород по ГОСТ 9179-77.

2. В качестве компонента сырьевой смеси использовали природный кварцевый Вольский песок по ГОСТ 6139-2003.

3. В качестве кремнеземсодержащего компонента для изготовления ядра заполнителя использовали трепел Фокинского месторождения, Брянская область. Химический состав, масс.%: SiO-74,2; Al₂O₃-7,2, Fe₂O₃-2,4, CaO-6,6; MgO-1,1; R₂O-0,6; п.п.п.-8,6.

4. Гидроксид натрия по ГОСТ 2263-79.

5. Натрий кремнефтористый Na₂SiF₆ по ТУ 6-09-1461-91.

6. Глиоксаль по ТУ 2633-003-67017122-2011, CAS-номер 107-22-2, продается в виде 40% водного раствора.

7. Вода водопроводная по ГОСТ 23732-79.

8. При гранулировании порошка совместно молотой кремнистой цеолитовой породы с гидроксидом натрия на тарельчатом грануляторе использовали водный раствор силиката натрия (жидкое стекло) по ТУ 2385-001-54824507-2000 плотностью 1,2-1,3 г/см³.

Для получения ядер гранулированного заполнителя при реализации заявляемого способа получения силикатных стеновых изделий дробленый трепел дозировали с гидроксидом натрия весовым методом. Полученную смесь загружали в шаровую мельницу и производили смешивание и помол до достижения удельной поверхности 200 м²/кг. Гранулирование полученной шихты осуществляли с помощью тарельчатого гранулятора путем разбрызгивания на поверхность порошка водного раствора силиката натрия плотностью 1,25 г/см³. Скоростью вращения и углом наклона тарелки гранулятора регулировали диаметр гранулированного материала. Полученные ядра направляли на окатывание порошком извести, молотой совместно с натрием кремнефтористым при их соотношении 0,9:0,1 по массе. На сите с размером ячеек 0,5 мм отделяли гранулированный материал и направляли на хранение при температуре окружающей среды.

Через форсунку из отдельной емкости, на поверхность опудренных известью и натрием кремнефтористым гранул распыляли 40%-ный водный раствор глиоксаля. Количество его регулировалось расходомером. В процессе хранения производился контроль набора прочности гранулированного заполнителя путем испытания в цилиндре по ГОСТ 9758.

Пример. Приготовление ядер гранулированного заполнителя. Кремнистую цеолитовую породу (8 кг) и гидроксид натрия (2 кг), т.е. в соотношении 0,80:0,20 по массе мололи в мельнице совместно до удельной поверхности 200 м²/кг. Полученный порошковый материал подавали на тарельчатый гранулятор. На поверхность порошка путем разбрызгивания наносился водный раствор силиката натрия плотностью 1,25 г/см³. Скоростью вращения и углом наклона тарелки гранулятора регулировали диаметр получаемых ядер, который составлял в данном случае 4,4-4,5 мм.

Получение защитной оболочки на ядрах. Полученные ядра направляли на опудривание порошком извести (9 кг), молотой совместно с кремнефтористым натрием (1 кг), т.е. в соотношении 0,90:0,10 до получения гранул размером 5,0 мм. Опудривание производили в барабанном смесителе. На сите с размером ячеек 0,5 мм отделяли гранулированный материал и направляли на обработку водным раствором глиоксаля. Обработка заключалась в равномерном распылении над поверхностью полученных гранул 40%-ного водного раствора. Распыление жидкости производили из отдельной емкости через расходомер, распыляли глиоксаль в количестве 0,4 кг в пересчете на 100%-ное вещество (4% по массе), т.е. 1,0 кг раствора.

Часть полученного гранулированного материала после хранения в течение 36 часов при температуре окружающей среды испытывали на прочность путем сдавливания в цилиндре по ГОСТ 9758, уделялось внимание сохранению целостности оболочки; остальной - использовали при приготовлении силикатных смесей для изготовления образцов строительных изделий. Прочность гранул при сохранении целостности их оболочки при сжатии составляла 3,0 МПа.

Приготовление силикатной сырьевой смеси. Дозировку компонентов производили весовым способом: 1,15 кг негашеной извести (11,5 мас.%, табл.1, смесь 1), 5,85 кг песка (58,5 мас.%) и 3,0 кг (30 мас.%) гранулированного заполнителя перемешивали, гасили в шнековом смесителе и доувлажняли до формовочной влажности, которая составляла 12%.

Формование образцов производили при давлении 20 МПа согласно прототипу [Патент РФ №2365555, кл. C04B 28/18, 2009].

Гидротермальную обработку образцов производили в автоклаве при давлении 1 МПа и температуре 178°C в течение 12 часов.

Оболочка заполнителя по прототипу (см. патент РФ №2365555, пример №1) не содержала глиоксаль и в целом гранулированный заполнитель имел прочность при раздавливании в цилиндре 3,0 МПа.

Полученные образцы стеновых изделий испытывали на прочность (по ГОСТ 10180) и водостойкость - относительную потерю прочности при сжатии образцов после 25 циклов замачивания. Результаты испытаний приведены в табл. (смесь 1).

Анализ данных табл. результатов испытаний свойств образцов силикатных строительных изделий после автоклавной обработки показывает следующее:

1. Введение в состав силикатной смеси заявляемого гранулированного заполнителя размером 0,5-10 мм, состоящего из ядра в виде связанных между собой жидким стеклом совместно молотых кремнистой цеолитовой породы и гидроксида натрия, которое покрыто оболочкой из молотой извести, кремнефтористого натрия с добавкой глиоксаля, позволяет получать прочные силикатные стеновые изделия с повышенной водостойкостью (смесь 1).

2. Снижение количества глиоксаля в оболочке гранулированного заполнителя до 1 мас.%, уменьшает упрочняющую способность оболочки получаемых гранул при автоклавной обработке, что повысило прочность получаемых силикатных материалов в меньшей степени (смесь 2), данный состав принят как граничный.

Дальнейшее уменьшение количества глиоксаля в составе оболочки ядра гранулированного заполнителя силикатных стеновых изделий приводит к существенному снижению эффективности этой добавки по упрочнению оболочки ядра гранулированного заполнителя и повышению прочности силикатных изделий в целом, поэтому состав смеси 4 выходит за рамки заявляемых.

3. Увеличение количества глиоксаля в оболочке ядра гранулированного заполнителя до 7,0 мас.% показывает его эффективность по увеличению прочности и снижению водонепроницаемости оболочки гранулированного заполнителя. Силикатные изделия характеризуются повышенной механической прочностью и водостойкостью, низкой теплопроводностью. Однако при этом наблюдается снижение механической прочности оболочки гранулированного материала, что является чрезвычайно важным показателем при изготовлении прессованных изделий. Поэтому данный состав принят как граничный (смесь 3).

Дальнейшее увеличение глиоксаля в оболочке ядра гранулированного заполнителя приводит к существенному снижению физико-механических показателей оболочки гранулированного заполнителя, целостность оболочки нарушается, теплопроводность изделий увеличивается. Такой гранулированный заполнитель становится непригодным для производства прессованных силикатных стеновых изделий, поэтому состав смеси 5 выходит за рамки заявляемого.

При оптимальном соотношении компонентов (смесь 1, табл.) полученные силикатные стеновые изделия имеют повышенную на 30-35% механическую прочность, водостойкость не ниже керамических обжиговых строительных материалов и низкую теплопроводность за счет создания развитой системы замкнутых водонепроницаемых сфер в массиве силикатного стенового изделия.

В процессе автоклавной обработки заявляемых силикатных изделий, в ядрах гранулированного заполнителя синтезируются водорастворимые силикаты натрия, которые, мигрируя, достигают оболочки гранулы. Наличие глиоксаля в оболочке гранулы способствует упрочнению ее, повышению ее прочности, плотности и водостойкости. Это оказывает положительное влияние на физико-механические свойства силикатных изделий в целом.

Практика показывает, что использование в заявляемых количествах глиоксаля в качестве добавки к оболочке гранулированного заполнителя целесообразно и эффективно (смесь 1, табл.).