Результат интеллектуальной деятельности: Сырьевая смесь для производства строительных композитных изделий

Изобретение относится к строительству, а именно к технологии строительных материалов, и может быть использовано в производстве разнообразных строительных композитных изделий, полученных с помощью технологии экструзии, например блоков, лицевого и рядового кирпича, облицовочной плитки.

Известна «Сырьевая смесь для получения силикатных изделий с использованием вскрышных пород горнодобывающей промышленности» (Патент Российской Федерации №2439022, МПК С04В 28/18, опубл. 10.01.2012 г.), включающая известь, тонкодисперсный кремнеземистый компонент и заполнитель, причем в качестве тонкомолотого кремнеземистого компонента смесь содержит молотую песчаную пелито-алевритовую породу, а в качестве заполнителя - исходную песчаную перлито-алевритовую породу, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Недостатками прототипа является специфичность сырьевой базы, а также необходимость использования автоклавного оборудования для производства изделий на указанной сырьевой базе по прототипу.

Задачей изобретения является разработка новой сырьевой смеси для производства строительных композитных изделий с достижением технического результата - расширения сырьевой базы и исключения использование автоклавного оборудования при производстве изделий.

Поставленная задача выполняется тем, что в сырьевой смеси для производства строительных композитных изделий, включающей в качестве наполнителя смесь, содержащую минеральное сырье с удельной поверхностью 500-2500 см²/г, в качестве связующего смесь, содержащую вторичный полимерный материал, при следующем соотношении ингредиентов, мас. %: вторичный полимерный материал, состоящий из бытовых и производственных отходов полимерных материалов - 30,0-45,0; минеральное сырье - 55,0-70,0, отличающийся тем, что в качестве минерального сырья содержит отходы металлургических производств, в том числе доменные гранулированные шлаки, или отходы очистки морских и речных судов.

Новым в заявляемом техническом решении является разработка нового состава сырьевой смеси для производства стеновых композитных изделий, что позволяет значительно расширить сырьевую базу, а также упростить технологию изготовления стеновых композитных изделий путем исключения использования автоклавного оборудования.

Существенными признаками заявляемой смеси, совпадающими с прототипом, являются следующие признаки:

- состав сырьевой смеси для производства стеновых композитных изделий включает минеральное сырье,

- в качестве заполнителя смесь содержит минеральное сырье с удельной поверхностью 500-2500 см²/г;

- в качестве связующего смесь содержит вторичный полимерный материал, состоящий из бытовых полимерных отходов;

- соотношение ингредиентов в смеси, мас. %: вторичный полимерный материал - 30,0-45,0; минеральное сырье - 55,0-70,0.

Отличительными от прототипа существенными признаками заявляемой смеси являются следующие:

- в качестве минерального сырья смесь содержит отходы металлургических производств, в т.ч. доменные гранулированные шлаки,

или в качестве минерального сырья смесь содержит отходы очистки морских и речных судов пескоструйными и дробеструйными аппаратами.

Между существенными признаками заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом - расширением сырьевой базы и исключением использования автоклавного оборудования при производстве изделий - существует следующая причинно-следственная связь.

Использование в качестве минерального сырья отходов металлургических производств, в т.ч. доменные гранулированные шлаки, и/или отходы очистки морских и речных судов пескоструйными и дробеструйными аппаратами и бытовые отходы полимерных материалов, позволяет значительно расширить сырьевую базу заявляемого технического решения по сравнению с прототипом.

При этом состав сырьевой смеси для производства стеновых композитных изделий является чрезвычайно простым, т.к. содержит всего два компонента - минеральное сырье и вторичный полимерный материал, и исключает необходимость использования автоклавного оборудования при получении стеновых изделий.

Получение минерального сырья с удельной поверхностью 500-2500 см²/г и вторичного полимерного материала, состоящего из бытовых отходов полимерных материалов не являются сложными и дорогостоящими технологическими операциями и не требуют использования нестандартного оборудования.

Следует отметить, что применение минерального сырья с удельной поверхностью менее 500 см²/г не позволяет обеспечить необходимые механические, теплотехнические и эксплуатационные характеристики стеновых композитных изделий ввиду наличия в минеральном сырье крупных частиц и, в результате, получения неоднородности структуры материала, получаемой при формовании изделий, а измельчение минерального сырья с удельной поверхностью более 2500 см²/г требует повышенного расхода энергетических и временных показателей, а также уменьшает технический ресурс оборудования без получения существенных преимуществ в готовых стеновых изделиях.

При этом соотношение ингредиентов в составе, мас. %: вторичное полимерное сырье - 30,0-45,0; минеральное сырье - 55,0-70,0, позволяет получать разнообразные стеновые композитные изделия, с заранее заданными высокими физическими свойствами и эксплуатационными параметрами, причем наличие в заявляемой смеси менее 30% вторичного полимерного материала не позволяет получить готовые стеновые композитные изделия с заданными механическими, теплотехническими и эксплуатационными характеристиками из-за недостаточного количества связующего вещества в сырьевой смеси.

Содержание же вторичного полимерного материала в заявляемой смеси более 45% практически не влияет на достигаемые механические и теплотехнические характеристики и снижает эксплуатационные характеристики (морозостойкость) стеновых изделий из-за повышенного содержания полимерного материала, при этом увеличиваются затраты на получение избыточного (более 45%) содержания вторичного полимерного материала в заявляемом составе.

Оптимальное соотношение степени измельчения исходных ингредиентов и их процентное соотношение в заявляемой смеси зависят от конкретных требований по технологии изготовления конкретных композитных стеновых изделий с заданными механическими, теплотехническими и эксплуатационными характеристиками, например:

- для кирпича: прочность на сжатие - 10-50 МПа, средняя плотность - 1350-1650 кг/м³; морозостойкость - 25-75 циклов, водопоглощение - 7-12%;

- для камня, блока: прочность на сжатие - 10-40 МПа, средняя плотность - 1200-1500 кг/м³; морозостойкость - 25-75 циклов, водопоглощение - 7-12%;

- для плитки: прочность на сжатие - 30-60 МПа, средняя плотность - 1950-2200 кг/м³; морозостойкость - 50-100 циклов, водопоглощение - 6-9%.

Данное техническое решение соответствует признаку изобретательский уровень, т.к. по совокупности всех существенных признаков, указанных в формуле изобретения, для специалиста они явным образом не следуют из уровня техники.

Сырьевая смесь для производства стеновых композитных изделий включает минеральное сырье и вторичный полимерный материал.

При этом в качестве минерального сырья заявляемый состав содержит:

- отходы металлургических производств, в т.ч. доменные гранулированные шлаки;

- отходы очистки морских и речных судов пескоструйными и дробеструйными аппаратами.

В качестве связующего смесь содержит:

- вторичный полимерный материал, образующийся из бытовых отходов полимерных материалов.

В качестве заполнителя заявляемая смесь содержит минеральное сырье с удельной поверхностью 500-2500 см²/г, а в качестве связующего содержит вторичный полимерный материал.

Соотношение ингредиентов заявляемой смеси, мас. %:

вторичный полимерный материал - 30,0-45,0;

минеральное сырье - 55,0-70,0.

С целью получения стеновых композитных изделий в различной цветовой гамме возможно использование соответствующих пигментов в количестве 0,1-3,0% сверх 100% заявляемого состава.

Примеры конкретных составов для различных изделий

Пример 1

Для получения стенового композиционного рядового кирпича с параметрами: прочность на сжатие - 10 МПа, средняя плотность - 1650 кг/м³; морозостойкость - 25 циклов, водопоглощение - 11% готовят смесь со следующими характеристиками: минеральное сырье, образующееся при камнепилении, дроблении, фракционировании различных известняковых пород, в том числе мшанковых, нуммулитовых и мраморовидных известняков и известняков-ракушечников, с удельной поверхностью 2500 см²/г, а в качестве связующего содержит вторичный полимерный материал, состоящий из бытовых отходов полимерных материалов, при следующем соотношении ингредиентов, мас. %: вторичный полимерный материал - 30,0; минеральное сырье - 70.

Краткое описание технологии изготовления изделий.

Минеральное сырье и вторичный полимерный материал дозировано загружают в измельчитель, измельчают, нагревают, обрабатывают давлением, после чего состав затвердевает.

Пример 2

Для получения стенового композиционного рядового кирпича с параметрами: прочность на сжатие - 15 МПа, средняя плотность - 1550 кг/м³; морозостойкость - 35 циклов, водопоглощение - 10% готовят смесь со следующими характеристиками: минеральное сырье, образующееся при камнепилении, дроблении и фракционировании изверженных горных пород, в том числе гранитов и диоритов, с удельной поверхностью 2300 см²/г, а в качестве связующего содержит вторичный полимерный материал, состоящий из бытовых отходов полимерных материалов, при следующем соотношении ингредиентов, мас. %: вторичный полимерный материал - 35,0; минеральное сырье - 65.

Технологические операции по изготовлению изделий те же, что и в примере 1.

Пример 3

Для получения стенового композиционного рядового кирпича с параметрами: прочность на сжатие - 30 МПа, средняя плотность - 1550 кг/м³; морозостойкость - 35 циклов, водопоглощение - 10% готовят смесь со следующими характеристиками: отходы очистки судов с удельной поверхностью 2300 см²/г, а в качестве связующего содержит вторичный полимерный материал, состоящий из бытовых отходов полимерных материалов, при следующем соотношении ингредиентов, мас. %: вторичный полимерный материал - 35,0; минеральное сырье - 65.

Технологические операции по изготовлению изделий те же, что и в примере 1.

Пример 4

Для получения стенового композиционного лицевого кирпича с параметрами: прочность на сжатие - 32 МПа, средняя плотность - 1550 кг/м³; морозостойкость - 50 циклов, водопоглощение - 9% готовят смесь со следующими характеристиками: отходы очистки судов с удельной поверхностью 2000 см²/г, а в качестве связующего содержит вторичный полимерный материал, состоящий из бытовых отходов полимерных материалов, при следующем соотношении ингредиентов, мас. %: вторичный полимерный материал - 40,0; минеральное сырье - 60.

Технология изготовления изделий аналогична технологии, указанной в примере 1.

Пример 5

Для получения стенового композиционного лицевого кирпича с параметрами: прочность на сжатие - 45 МПа, средняя плотность - 1450 кг/м³; морозостойкость – 75 циклов, водопоглощение - 9,5% готовят смесь со следующими характеристиками: доменный шлак с удельной поверхностью 2500 см²/г, а в качестве связующего содержит вторичный полимерный материал, состоящий из бытовых отходов полимерных материалов, при следующем соотношении ингредиентов, мас. %: вторичный полимерный материал - 42,0; минеральное сырье - 58.

Технологические операции по изготовлению изделий те же, что и в примере 1.

Пример 6

Для получения стеновой композиционной облицовочной плитки с параметрами: прочность на сжатие - 50 МПа, средняя плотность - 2100 кг/м³; морозостойкость - 100 циклов, водопоглощение - 7% готовят смесь со следующими характеристиками: доменный шлак с удельной поверхностью 2500 см²/г, а в качестве связующего содержит вторичный полимерный материал, состоящий из бытовых отходов полимерных материалов, при следующем соотношении ингредиентов, мас. %: вторичный полимерный материал - 45,0; минеральное сырье - 55.

Технологические операции по изготовлению изделий те же, что и в примере 1.

Примеры 1, 2 показывают, что при использовании в качестве минерального сырья вторичное сырье, образующееся при камнепилении, дроблении и фракционировании различных известняковых пород, в том числе мшанковых, нуммулитовых и мраморовидных известняков и известняков-ракушечников, при камнепилении, дроблении и фракционировании изверженных горных пород, в том числе гранитов и диоритов, прочность на сжатие не превышает 20 МПа. Примеры 3-6 подтверждают получение изделий с прочностью на сжатие от 30 МПа до 50 МПа при использовании в качестве минерального сырья отходов металлургических производств, в том числе доменные гранулированные шлаки, и/или отходов очистки морских и речных вудов.

Состав смеси обеспечивает расширение сырьевой базы и исключение использования автоклавного оборудования при производстве изделий. Кроме того, заявляемое техническое решение позволяет использовать его при разработке технологии и производстве стеновых композитных изделий.