Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СМЕСИ ДЛЯ ЯЧЕИСТЫХ СИЛИКАТНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ И СТРОИТЕЛЬНОЕ ИЗДЕЛИЕ

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления звуко- и теплоизоляционных блоков, плит и панелей для внутренних работ в гражданских и промышленных зданиях.

Известен способ приготовления смеси для изготовления силикатных стеновых изделий, включающий смешивание совместно молотых известкового и кремнеземистого (аргиллита) компонентов с водой, добавление алюминиевой пудры. Получение строительных изделий включает в себя формование изделий из полученной смеси и гидротермальную обработку их в автоклаве [Патент РФ №2080310, кл. 6 С04В 38/02, 1992].

Недостатками данного способа и получаемых силикатных изделий является то, что они имеют невысокие звукоизолирующие характеристики и повышенную теплопроводность.

Наиболее близкими к предлагаемому решению является способ приготовления смеси для ячеистых силикатных строительных изделий, включающий смешивание совместно молотых известкового и кремнеземистого компонентов с водой и дробленым до размера зерен 3,0…30,0 мм теплоизоляционным пеностеклом, либо дробленым звукоизоляционным пеностеклом, либо со смесью этих пеностекол в любом соотношении, добавление алюминиевой пудры. Получение строительных изделий по прототипу включает в себя формование изделий из полученной смеси и гидротермальную обработку их в автоклаве, где бетон обрабатывали в среде насыщенного пара при температуре 200°С и давлении 1,2 МПа по схеме 2+6+1,5 часа [Патент РФ №2305670, кл. 7 С04В 38/00, 2007].

Недостатками данного способа и получаемых силикатных изделий является то, что используемое дробленое пеностекло не создает достаточно объемные упрочненные контактные зоны с вяжущим в силикатной смеси при автоклавировании изделий, что не позволяет существенно улучшить прочностные, звуко- и теплоизолирующие характеристики получаемых силикатных материалов.

Предлагаемое изобретение решает задачу расширения арсенала технических средств для производства упрочненных строительных изделий с пониженной тепло- и звукопроводностью из силикатного ячеистого бетона автоклавного твердения.

Указанный результат достигается тем, что способ приготовления смеси для ячеистых силикатных строительных изделий, включающий смешивание совместно молотых известкового и кремнеземистого компонентов с водой и дробленым до размера зерен 3,0…30,0 мм теплоизоляционным пеностеклом, либо дробленым звукоизоляционным пеностеклом, либо со смесью этих пеностекол в любом соотношении, добавление алюминиевой пудры, согласно предлагаемому решению дробленое пеностекло предварительно пропитывают до насыщения известковой суспензией, содержащей 10 мас.% твердого вещества Са(ОН)₂ и 0,5-7,0 мас.% гидроксида одновалентного щелочного металла.

Результат достигается с помощью строительного изделия в виде плитки, или блоков, или стеновых панелей на основе силикатного ячеистого бетона автоклавного твердения, характеризующееся тем, что оно получено из сырьевой смеси, приготовленной указанным способом, сформовано в виде изделия и прошло гидротермальную обработку в автоклаве.

Сравнение способа получения сырьевой смеси с прототипом показывает, что предлагаемое решение отличается использованием при приготовлении силикатной сырьевой смеси дробленого пеностекла предварительно пропитанного до насыщения известковой суспензией, содержащей 10 мас.% твердого вещества Са(ОН)₂ и 0,5-7,0 мас.% гидроксида одновалентного щелочного металла. Это позволит решить задачу расширения арсенала технических средств для производства ячеистых силикатных изделий с пониженными тепло- и звукопроводностью с повышением прочностных характеристик. Таким образом, предлагаемое решение обладает критерием «новизна».

При изучении других технических решений, использование предложенного авторами введения в состав сырьевой смеси для изготовления ячеистых силикатных стеновых материалов дробленого пеностекла предварительно пропитанного до насыщения известковой суспензией, содержащей 10 мас.% твердого вещества Са(ОН)₂ и 0,5-7,0 мас.% гидроксида одновалентного щелочного металла не выявлено. Процессы, происходящие в зонах контакта частиц дробленого теплоизоляционного и звукоизоляционного пеностекол, имеющих пленочно-пористую структуру и чрезвычайно развитую поверхность из-за разрушенных внешних пор, активированную выгоревшими газообразователями на стадии производства пеностекол, с известью в присутствии гидроксидов одновалентных щелочных металлов и остальными компонентами сырьевой смеси ячеистых силикатных стеновых материалов при формовании и автоклавной обработке, в технической литературе не описаны. Полученные изделия (плиты и панели) из ячеистых силикатных стеновых материалов заявляемого способа приготовления имеют характеристики, которые не являются аддитивной суммой свойств исходных компонентов - дробленого пеностекла и силикатного материала автоклавного твердения, а существенно превосходят их, что свидетельствует о дополнительных процессах минералообразования с появлением аморфно-кристаллических образований в зонах контакта дробленого пеностекла с известковым и кремнеземистым компонентами силикатного материала автоклавного твердения. Эти процессы нельзя было спрогнозировать, таким образом, заявляемое решение не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «изобретательский уровень».

Характеристика компонентов смеси.

1. Известь негашеная кальциевая по ГОСТ 9179, сорт 1 в качестве известкового компонента.

2. Газообразователь - алюминиевая пудра марки ПАП-2 по ГОСТ 2067.

3. Аргиллит с плотностью 1,95 кг/м³, химический состав, мас.%: SiO₂. - 59,9, Al₂O₃ - 14,6, Fe₂O₃ - 4,2, CaO - 8,1, MgO - 2,1, R₂O - 1,7, SO₃ - 0,4, потери при прокаливании - 9,0.

4. В качестве гидроксида щелочного металла использовали

- гидроксид натрия по ГОСТ 2263-79;

- гидроксид калия по ГОСТ 24363-80;

- гидроксид лития по ГОСТ 8595-83.

5. Дробленое теплоизоляционное пеностекло (порообразователь - сажа) и звукоизоляционное пеностекло (порообразователь - мел), фракцию с размером зерен от 3,0 до 30,0 мм, полученную путем дробления и отсева пеностекла по ТУ 5914-003-02066339-98 "Материалы и изделия строительные теплоизоляционные", произведенного в БГТУ им. В.Г.Шухова (г.Белгород). Насыпная плотность дробленого теплоизоляционного пеностекла с размером зерен от 3,0 до 30,0 мм составляет 170…200 кг/м³, звукоизоляционного - 260…280 кг/м³ в зависимости от пористости. Для приготовления дробленого продукта можно использовать обрезки и бой блоков пеностекла.

Анализируя результаты физико-механических испытаний серии экспериментальных образцов, можно сделать вывод, что по способности формировать пористую структуру легких силикатных стеновых изделий необходим размер зерен дробленого пеностекла 3,0…30,0 мм, в известковой суспензии для пропитки пеностекла должно содержаться 10 мас.% твердого вещества Са(ОН)₂ и 0,5-7,0 мас.% гидроксида одновалентного щелочного металла.

Подготовку сырьевой смеси, заливку ее в формы, подрезку горбушки и автоклавную обработку изделий из силикатного ячеистого бетона производят аналогично с [Патент РФ №2305670, кл. 7 С04В 38/00, 2007].

Пример. Приготовление суспензии для пропитки. В сосуд с мешалкой поместили 87 кг воды, 10 кг гашеной извести Са(ОН)₂ и 3 кг гидроксида натрия, перемешивали в течение 2 часов. Полученной суспензией насыщали предварительно дробленые теплоизоляционные и звукоизоляционные пеностекла с размером зерен 3,0-30,0 мм.

Приготовление силикатных ячеистых образцов. Навеску извести в количестве 12 кг и аргиллита - 23,07 кг мололи в шаровой мельнице до удельной поверхности 450 м²/кг. Продукт помола перегрузили в лабораторный бетоносмеситель, добавили 32,9 кг воды, перемешивали 5 минут со скоростью вращения 130 об/мин. После перемешивания ввели 15 кг (15 мас.%) дробленого теплоизоляционного пеностекла и 15 кг дробленого звукоизоляционного пеностекла с размером зерен 3,0…30,0 мм, насыщенных известковой суспензией с гидроксидом натрия (см. табл., смесь 1). Процесс смешивания вели до образования суспензии с однородным распределением компонентов. Водно-алюминиевую суспензию (2,0 кг воды и 0,03 кг алюминиевой пудры) загрузили в бетоносмеситель за 2 минуты до момента выгрузки смеси. Полученный раствор текучестью 23 см вылили в формы. Через 1,5 часа подрезали горбушку. Формы с бетоном помещали в автоклав, где бетон обрабатывали в среде насыщенного пара при температуре 200°С и давлении 1,2 МПа по схеме 2+6+1,5 ч, аналогично [Патент РФ №2305670, кл. 7 С04В 38/00, 2007]. Получали теплоизоляционные и звукопоглощающие плитки и панели. Полученные изделия испытывали на прочность при изгибе (по ГОСТ 10180), определяли теплопроводность (по ГОСТ 7076) и акустические характеристики (по ГОСТ 23499-79). Результаты испытаний приведены в табл. (смесь 1).

Смеси 2-9 приготовлены аналогичным способом с различным количественным содержанием компонентов. Сырьевые смеси 2, 5 и 8 приготовлены с использованием дробленого теплоизоляционного пеностекла с размером зерен 3,0…30,0 мм и начальной насыпной плотностью 180 кг/м³. При приготовлении сырьевых смесей 3, 6 и 9 использовали дробленое звукоизоляционное пеностекло с начальной насыпной плотностью 260 кг/м³. Известный состав массы 10 изготавливался согласно прототипу (Патент РФ №2305670, кл. 7 С04В 38/00, 2007).

Анализ полученных физико-механических характеристик ячеистого силикатного материала, показывает следующее. Введение в состав сырьевой силикатной смеси дробленого пеностекла, обработанного по заявляемому способу, позволяет получать ячеистые стеновые силикатные изделия с более высокими тепло- и звукоизолирующими характеристиками по сравнению с прототипом:

- теплопроводность силикатного ячеистого материала снижена на 29-35%, коэффициент звукопоглощения при этом увеличен с 0,73 до 0,86, прочность при изгибе увеличивается в 1,5…1,7 раза;

- полученный в результате автоклавной обработки силикатный ячеистый строительный материал имеет упрочненную равномерно-поризованную структуру с минимальными объемными дефектами; включает в свой состав экологически чистый неорганический компонент.

Физико-химическая сущность технического решения достижения задачи заключается в следующем: дробленое пеностекло с размером частиц 3,0…30,0 мм, насыщенное известковой суспензией с добавкой гидроксидов щелочных металлов, благодаря своей низкой насыпной плотности, занимая определенный объем сырьевой массы, формирует пористую структуру готового изделия. Авторами установлено, что в результате автоклавной обработки изделий, изготовленных путем формования их из сырьевых смесей, полученных по заявляемому способу и содержащих дробленое пеностекло, на границах контакта с известью в присутствии гидроксидов одновалентных щелочных металлов фиксируются зоны с аномально высоким содержанием хорошо сформированных кристаллов гидросиликатов кальция различной степени насыщения и аморфно-кристаллических образований (доказано микроскопическими, петрографическими и рентгенофазовыми исследованиями). Гидроксиды одновалентных щелочных металлов имеют высокую подвижность и, вступая во взаимодействия с пеностекольным компонентом смеси, существенно активизируют процессы взаимодействия его с гидроксидом кальция и известково-кремнеземистым вяжущим при автоклавной обработке материала по сравнению с силикатным материалом по прототипу (смесь 10). Указанные новообразования чрезвычайно сильно увеличивают эффекты тепло- и звукопоглощения в материалах, полученных по заявляемому способу, до величин, существенно превосходящих прототип, а также расчетные и прогнозируемые, полученные из анализа свойств исходных материалов. Обеспечение равномерной частично-замкнутой пористости с упрочненной внутренней структурой в силикатных ячеистых материалах также обусловливает существенное улучшение их физико-механических (прочностных, звуко- и теплоизоляционных) характеристик по сравнению с прототипом. Эта структура определяет свойства получаемого силикатного стенового материала и позволяет решить задачу расширения арсенала технических средств для производства силикатных ячеистых материалов с пониженной тепло- и звукопроводностью.

Увеличивать содержание гидроксида одновалентного щелочного металла в пропитывающей известковой суспензии более 7 мас.% нецелесообразно, т.к. это приводит к чрезмерной активации пеностекольного компонента смеси и более полному взаимодействию его с гидроксидом кальция при автоклавной обработке силикатного материала. При этом уменьшается количество закрытых пор, частично растворяется пеностекло, повышается дефектность структуры и ухудшаются физико-механические характеристики силикатного материала (смеси 3, 6 и 9).

Оценка прочностных свойств получаемых силикатных материалов по изменению величины сопротивления разрушению их при изгибе наиболее точно характеризует степень дефектности контактных зон по всему объему изделия.

Получаемые по заявляемому способу ячеистые стеновые силикатные материалы и изделия обладают пониженной адсорбционной влажностью и более устойчивыми звуко- и теплопроводящими характеристиками.