КОМПОЗИЦИОННЫЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ НЕГОРЮЧИЙ МАТЕРИАЛ

Изобретение относится к области получения гранулированных теплоизоляционных негорючих материалов на основе легких закрыто-ячеистых заполнителей и может найти применение в строительстве при утеплении и звукоизоляции различных конструкций и элементов зданий и сооружений - стен, перегородок, мансард, лоджий, полов, потолков непосредственно на строящемся объекте, в том числе на основе неорганических несгораемых и экологически чистых эффективных материалов.

Изобретение относится к технологии изготовления строительных материалов и изделий из композиционных материалов на основе различных фракций гранулированного пеностекла, обладающего высокими теплоизоляционными свойствами и одновременно конструкционной прочностью, экологической безопасностью, в отличие от других теплоизоляционных материалов (керамзиты, пенопласты, пенополистиролы, минераловатные и шлаковатные утеплители), а также к способу его изготовления с использованием жидкого стекла в качестве вяжущего. Более конкретно, изобретение касается неорганических теплоизоляционных негорючих материалов и изделий на основе гранулированного пеностекла, распределенного в жидкостекольной матрице, характеризующихся низкими значениями объемного веса и абсолютной негорючестью.

Известны способы получения теплоизоляционных материалов на основе пеностекла с применением цементных вяжущих. Так, например, в патенте RU 2079473 раскрыт композиционный материал, получаемый путем последовательного перемешивания мелкого и крупного заполнителей, горячего керамзитового гравия в количестве 30-35% от объема крупного заполнителя, цемента и воды. Прочность при сжатии получаемого строительного материала составляет величину порядка 20 МПа. Экономическая эффективность известного способа заключается в том, что он позволяет исключить операцию тепловой обработки. Известный материал имеет сравнительно высокий объемный вес (900-1200 кг/м³) и сравнительно высокую теплопроводность в условиях эксплуатации (0,19-0,24 Вт/м⋅К).

Известен из патентов RU 2082695 и RU 2082696 композиционный строительный материал на основе цемента и добавок в виде гранул полистирола и поверхностно-активных веществ. Материал обладает высокой теплоизоляционной и конструкционной надежностью. Способ получения известного материала включает приготовление смеси гранул полистирола, цемента, поверхностно-активных веществ, укладку в форму и термообработку.

Недостаток известного материала состоит в технологических трудностях получения материала со стабильными свойствами: при пропаривании смеси под действием температуры заполнитель из органического полистирола деформируется, кроме того, он не долговечен, что приводит к потере требуемых физико-механических свойств в процессе многолетней эксплуатации.

Известна сырьевая смесь для изготовления пористого заполнителя при производстве легких бетонов и теплоизоляционных засыпок, раскрытая в патенте RU 2105735, состоящая из кремнистой породы (трепел, диатомит, опока), концентрированный щелочной отход производства аскорбиновой кислоты, образующийся на стадии получения диацетонсорбазы в виде водного раствора, содержащего щелочь, моноацетонсорбозу и диацетонсорбозу 20-25.

Свойства заполнителя: насыпная плотность 400-500 кг/см³, прочность 2,5-4,5 МПа. Несмотря на небольшую насыпную плотность, известна их низкая водостойкость и невысокая стойкость к агрессивным материалам, что всегда вызывает трудности при производстве строительных материалов, рассчитанных на многолетний срок службы.

Наиболее близким к прототипу является композиционное конструкционно-теплоизоляционное изделие, описанное в патенте RU 2278847. Известное изделие включает: цемент и гранулированное пеностекло фракции 10-40 мм и фракции 50-1500 мкм, распределенное в цементной матрице, при следующем соотношении указанных компонентов, об. %: пеностекло фракции 10-40 мм 70-80, пеностекло фракции 50-1500 мкм 10-22, цементная матрица 8-10.

Пеностекло указанных фракций изготовлено гранулированием и вспениванием порошкообразной шихты, полученной перемешиванием при температуре не выше 70°С 30-70 мас. % водного раствора силиката натрия и/или калия с тонкоизмельченными стеклобоем и углеродсодержащим газообразователем, термообработкой этой смеси при температуре 450-550°С до полного удаления воды, в том числе и химически связанной, и измельчением ее после охлаждения. Композиционный материал получают из смеси пеностекла в виде двух фракций различного гранулометрического состава и цемента с водой после ее формования и твердения при термообработке паром.

Получаемые таким образом изделия характеризуются невысокими значениями плотности и достаточно низкой теплопроводностью, но полный набор прочности наступает через 8-10 суток, несмотря на обработку паром и в процессе эксплуатации постепенно возникает щелочносиликатная коррозия, которая при воздействии на легкие бетоны подвергает их расширению и деформации с образованием трещин в строительных конструкциях.

Задачей изобретения является изготовление композиционного, негорючего теплоизоляционного изделия из неорганических материалов на основе пеностеклокерамического гранулята с заданными, регулируемыми теплоизоляционными и конструкционными свойствами, не зависящими от состава используемого при получении пеностеклокерамического гранулята. Кроме того, задачей изобретения является расширение сырьевой базы для изготовления строительных изделий на жидкостекольном вяжущем и пористых заполнителях, характеризующихся требуемым сочетанием теплоизоляционных и прочностных характеристик.

Поставленная задача решается за счет того, что в композиционном негорючем теплоизоляционном изделии, включающем жидкое натриевое стекло, кремнефтористый натрий, серпентинит, тетрафурфурилоксисилан и пеностеклокерамический гранулят, распределенный в жидкостекольной матрице, использован пеностеклокерамический гранулят фракции 1-5 мм, при следующем соотношении указанных компонентов, мас.ч.:

причем пеностеклокерамический гранулят указанных фракций изготовлен гранулированием и вспениванием порошкообразной шихты, полученной перемешиванием при температуре не выше 50-70°С водного раствора едкого натра с тонкоизмельченными широко распространенными кремнийсодержащими породами, скопившимися в местах древних донных отложений (трепел, диатомит, опока и т.д.) и углеродсодержащим газообразователем, вспениванием этой гранулированной смеси при температуре 800-850°С и охлаждением.

В качестве связующего был выбран за основу традиционный состав на основе жидкого натриевого стекла по ГОСТ 13078-81 с плотностью 1,45 г/см³. С учетом его низкой себестоимости, крупнотоннажном производстве в РФ и хорошо изученных недостатков, но при этом позволяющих получать негорючие материалы.

В качестве отверждающего агента для жидкого натриевого стекла применяется хорошо себя зарекомендовавший отвердитель кремнефтористый натрий. Для придания композиционному изделию водостойкости и необходимой вязкости при приготовлении состава перед заполнением формообразующих поверхностей применяется тонкоизмельченный серпентинит (отход производства хризотолового асбеста). Такие отходы в большом количестве имеются на Киенбаевском месторождении в Оренбургской области и Баженовском месторождении в Свердловской области. В количественном соотношении химический состав серпентинитов данных месторождений представлены в таблице 1, в мас. %:

Согласно научно-техническим данным, полученным из литературных источников: Фиговский О.Л., Бейлин Д.А. Наноструктурированный силикатный полимербетон // Вестник МГСУ. 2014. №3. С. 197-204, лучший результат в увеличении физико-механических свойств связующих на базе жидкого натриевого стекла дает добавка тетрафурфурилоксисилана, полученная путем этерификации этилсиликатов фурфуриловым спиртом, изложенная в патенте RU 2035462. Существенное увеличение прочности, термо- и огнестойкости силикатной матрицы достигается путем введения в композицию тетрафурфуриловых сложных эфиров ортокремневой кислоты. Эффект достигается за счет упрочнения контактов между глобулами силикагеля и модификации щелочного компонента благодаря «прививке» фуранового радикала. Введение в связующее добавки тетрафурфурилоксисилана приводит к образованию наночастиц SiO₂ и фурфурилового спирта, который заполняет матрицу и формирует сетчатый полимер. Эти частицы действуют как центры кристаллизации и зародышеобразования. Добавление тетрафурфурилоксисилана увеличивает механическую прочность и химическую стойкость жидкостекольного связующего в целом.

Таким образом, в процессе изготовления по ниже приведенным в таблице 2 примерам негорючих теплоизоляционных изделий были получены следующие характеристики:

При использовании способа изготовления композиционного негорючего теплоизоляционного изделия форма заполняется тщательно перемешанными до однородного состояния составами по примерам 3, 4, 5, 6, затем проводится вибрирование в течение 5-7 мин и происходит выдержка в форме 1,5-2 часа. После выдержки до распалубочной прочности изделие извлекается из формы и подвергается термической обработке для окончательного отверждения при температуре 80-100°С в течение 1-2 часов. Готовое изделие характеризуется на следующие сутки и обладает хорошей водостойкостью, абсолютной огнестойкостью, достаточной прочностью, низкой теплопроводностью и небольшими значениями плотности.

Подбор состава компонентов формовочной смеси при производстве композиционного изделия осуществлялся эмпирическим путем, исходя из условия получения образцов необходимой плотности при необходимой прочности и теплопроводности. В результате было определено необходимое соотношение между фракциями пеностеклокерамического гранулята и содержанием остальных компонентов жидкостекольной матрицы. Изготавливаемые по изобретению изделия могут быть использованы при производстве мелкоштучных и крупных блоков, наружных ограждающих панелей и перегородок, а также других строительных конструкций, в том числе сложной геометрической формы, с повышенными теплоизоляционными и негорючими свойствами с низкими значениями объемного веса.