ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2018498

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЕЗОБЖИГОВЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЕЗОБЖИГОВЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Имя изобретателя: Громов А.М.; Афанасьев Ю.Г.; Перфильева Т.Н.; Левкина Р.М. 
Имя патентообладателя: Акционерное общество "Аргут"
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 1992.09.25 

Использование: при изготовлении безобжиговых строительных изделий на основе силикат-глыбы, например стеновых блоков и кирпича. Сущность изобретения: готовят смесь, содержащую силикат-глыбу 1 - 3 мас.% и песок 97 - 99 мас.%, при этом сначала силикат-глыбу и 30 - 50 мас.% песка подвергают совместному измельчению, затем смешивают с остальной частью песка, затворяют водой, из полученной смеси с водотвердым отношением 0,1 - 0,12 формуют изделия под давлением 10 - 20 МПа, которые сначала пропаривают при атмосферном давлении при 80 - 90°С, влажности 90 - 100% в течение 1 - 1,5 ч, затем сушат при 110 - 120°С в течение 2 - 3 ч. При необходимости придания изделиям декоративного вида их поверхность подвергают глазурованию путем воздействия низкотемпературной плазмы.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к технологии изготовления строительных материалов на основе силикат-глыбы, и может быть использовано для производства безобжиговых стеновых блоков, кирпича.

Известны способы изготовления строительных материалов на основе силикат-глыбы [1,2]. Более близкими к заявляемому способу являются технические решения [3,4].

Способ [3] предусматривает помол силикат-глыбы с огнеупорным заполнителем, смешение их при 80-90oC, затворение массы водой той же температуры, формование изделий при 40 МПа, а затем сушку при 250-300oC в течение 1-2 ч. Имея хорошие показатели прочности и термостойкости изделий, получаемых этим способом, а также высокую производительность (цикл получения готовой продукции 3 ч), способ энергоемок и сложен в реализации, так как предусматривает использование высоких давлений при формовании и высоких температур при сушке. Применяемое при этом оборудование, в частности мощный пресс, дефицитно. Кроме того, в случае остановки технологического процесса, обусловленного возможными неполадками оборудования, может быть снижение температуры формовочной массы ниже 80oC, что приведет к преждевременному твердению формовочной массы и сделает ее непригодной для формования изделий. Для поддержания заданной температуры на период устранения неполадок оборудования необходимы дополнительные энергозатраты.

Способ [4] наиболее близок по технической сущности к предлагаемому. Этот способ заключается в совместном измельчении силикат-глыбы с частью наполнителя (известняка-ракушечника) в соотношении 3-4:1 до удельной поверхности 3600-5000 см2/г, смешении этой массы с остальной частью наполнителя, затворении смеси водой при водотвердом отношении 0,12-0,15, формовании изделий, сушке их при 80-90oC, последующем насыщении водой и повторной сушке при 100-110oC. Он длителен, малопроизводителен, что связано с тем, что формование изделий производят с помощью вибрации, после чего их вынуждены оставлять на сушку и только после того, как произойдет схватывание, их расформовывают и подвергают сушке по режиму: подъем температуры до 80-90oC 3 ч, охлаждение. На следующие сутки после сушки сухие образцы погружают в воду до полного насыщения на 3-4 ч, после чего повторно сушат 3 ч. Весь процесс получения изделий составляет »72 ч.

Целью изобретения является разработка более производительного и менее энергоемкого способа изготовления строительных изделий на основе силикат-глыбы за счет снижения времени от момента формования изделий до окончательной сушки их, а также расширение сырьевой базы за счет возможности использования в качестве заполнителя природного песка с содержанием двуокиси кремния в нем і70%.

Цель достигается тем, что при переработке подвергается смесь состава, мас.%: cиликат-глыба 1-3, песок 97-99. При этом силикат-глыбу и 30-50 мас.% песка подвергают совместному измельчению до размера частиц Sуд. = 4500-5500 cм2/г, полученную массу смешивают с остальной частью заполнителя, затворяют водой при водотвердом соотношении 0,1-0,12, формуют изделия под давлением 10-20 Мпа, затем осуществляют пропарку их при атмосферном давлении при 80-90oC и влажности 90-100% в течение 1-1,5 ч, после чего изделия сушат при 110-120oC в течение 2-3 ч. При необходимости придания изделиям декоративного вида их поверхность подвергают глазурованию путем воздействия низкотемпературной плазмы.

Получение безобжиговых строительных материалов на основе кремнезема (песка) со связующим - твердым силикатом натрия (силикат-глыбой - полуфабрикатом жидкого стекла) заключается в том, что под воздействием температуры и влажности силикат-глыба переходит в растворимое натриевое стекло, вступающее в химическую реакцию с песком, точнее с кремнеземом песка, с образованием простых и сложных коллоидных соединений, в частности, геля кремниевой кислоты, который под влиянием пептизирующих факторов цементирует зерна песка, образуя прочную структуру материала.

Одним из факторов, влияющих на скорость растворимости силикат-глыбы и полноту химических превращений, является степень подготовки вяжущего. Проведение совместного помола силикат-глыбы с частью заполнителя позволяет получить гомогенную высокодисперсную композицию, играющую роль вяжущего вещества. В процессе такого помола образуются конгломераты, включающие зерна обоих компонентов, играющие роль активных центров цементации. Высокая удельная поверхность частиц вяжущей смеси обеспечивает однородность состава. Оптимальная удельная поверхность вяжущей смеси составляет 4500-5500 см2/г. Кроме того, измельчение частиц песка приводит к механической активации кремнезема, в результате чего чистый измельченный песок до Sуд = 4500-5500 см2/г уже сам проявляет вяжущие свойства. График зависимости тонкости помола вяжущей смеси от прочности образцов приведен на фиг.1.

Формирование структуры материала определяется образованием клеящей пленки адгезива (растворимого жидкого стекла). Чем тоньше клеевая прослойка, тем прочнее адгезионное соединение. Необходимость создания минимальной (далее по тексту критической) толщины пленки (до 10 мкм) связано с оптимизацией водотвердого отношения смеси. Воды для затворения смеси должно быть достаточно для получения тонкой клеящей пленки концентрированного растворимого стекла.

Однако ее не должно быть больше оптимального количества, так как ее излишек приводит к возникновению на границе раздела двух фаз (жидкой и твердой) расклинивающего давления, ослабляющего адгезию, что приводит к резкому снижению прочности изделий.

График зависимости прочности образцов от водотвердого отношения приведен на фиг.2.

Сухое смешение вяжущей смеси с заполнителем обеспечивает равномерное распределение наиболее активной ее составляющей (силикат-глыбы) по всему объему материала. Затворение смеси оптимальным количеством воды (водотвердое отношение 0,1-0,12), дополнительное перемешивание формовочной массы с последующим прессованием (усилие прессования Р = 10-20 МПа) создают предпосылки к образованию структурированной критической толщины пленки. Повышать усилие прессования больше 20 МПа нецелесообразно, так как большие давления приводят к возникновению в клеевых пленках дополнительных внутренних напряжений, ослабляющих прочность материала. Кроме того, более высокие давления приводят к растрескиванию частиц заполнителя (песка) и образованию новых поверхностей, не смоченных вяжущим. Усилие прессования меньше 10 МПа не дает получения эксплуатационной прочности образцов.

График зависимости прочности высушенных образцов от давления прессования приведен на фиг.3.

В предлагаемом способе сушки готовых изделий предшествует гидротермальная обработка сформованных изделий, т.е. процесс отверждения их делится на 2 стадии: стадия растворения силикат-глыбы и образование клеящей пленки (гидротермальная обработка-пропарка); стадия упрочнения клеевых контактов (сушка изделий).

Очень важно на первой стадии отверждения создать условия, препятствующие обезвоживанию системы, т.е. обеспечить постоянство водотвердого отношения В/Т = 0,1-0,12 в течение времени, необходимого и достаточного для завершения стадии растворения силикат-глыбы и образованию критической толщины пленки, обеспечивающей структуру материала без дефектов и трещин. Этот эффект достигается путем помещения сформованных изделий во влагонасыщенную атмосферу при 80-90oC на 1-1,5 ч. Максимальная реакционная способность двуокиси кремния достигается путем поляризации молекулами воды, что реализуется в динамическом процессе гидролиза силиката натрия. После завершения процесса гидратации реакционная способность становится минимальной. Пропарка менее 1 ч не обеспечивает максимального растворения силикат-глыбы и образования прочного образца. Увеличение времени пропарки приводит к лишним энергетическим затратам.

График зависимости продолжительности пропарки от прочности изделий приведен на фиг.4.

Стадия упрочнения клеевых контактов связана с обезвоживанием материала. Процесс твердения смесей объясняется тем, что выделившийся в результате реакции гелеобразный кремнезем откладывается на поверхности зерен заполнителя и, теряя влагу, уплотняется, цементируя зерна наполнителя. В естественных условиях длительность данного процесса составляет 15-20 сут. В предложенном способе эта стадия проводится при 110-120oC в течение 2-3 ч. Снижение температуры сушки менее 110oC приведет к длительности процесса, а повышение температуры выше 120oC - к интенсификации процесса обезвоживания и образованию трещин в материале из-за быстрого испарения влаги.

График зависимости продолжительности сушки от прочности изделий при 120oC приведен на фиг.5.

Сравнение предложенного способа с прототипом показывает, что он имеет с ним ряд одинаковых приемов и режимов, но отличается от иных режимов формования и наличием операции пропарки в определенном режиме, т.е. предложение обладает новизной.

Сравнение способа с другим аналогом [3] позволило установить, что общим с данным способом является проведение формования под давлением. Но в предложенном способе эта операция осуществляется при более низком давлении. Все же остальные операции совершенно различны по своим режимам.

Таким образом, способ в предложенной совокупности операций и режимов в технике не известен, такое его исполнение прямо не вытекает из существующего уровня техники, а его реализация позволяет повысить производительность способа, снизив время изготовления изделий (продолжительность процесса отверждения в 10-12 раз проходит быстрее, чем в прототипе), получать более дешевые изделия, так как он позволяет снизить расход силикат-глыбы до 1,0-3,0% (в прототипе 4%) и расширить сырьевую базу. Способ позволяет использовать легкодоступный природный песок, в сравнении с другими аналогами снизить энергоемкость, следовательно, данное техническое решение обладает изобретательским уровнем.

Способ не вызовет затруднений при промышленной реализации. Применяемый наполнитель-песок широко распространен в природе. Силикат-глыбы расходуется меньше, чем в существующих способах. Способ прост и в аппаратурном оформлении. Для измельчения материалов, смешивания их применяются известные в технике устройства. Процесс отверждения изделий, состоящий из стадий пропарки и сушки, можно осуществлять в одной термокамере последовательно, сменив режим (убрать пар, поднять температуру до 110-120oC и дать время выдержки). Необходимость изготовления строительных материалов, особенно из доступного сырья, всегда актуальна.

Материалу, полученному предлагаемым способом, при необходимости можно придать декоративные свойства, оплавив поверхность, воздействуя на нее низкотемпературной плазмой (Т = 3000-10000oC). Благодаря однородности полученного материала по составу (SiO2), отсутствию в составе термически нестойких веществ после воздействия плазмой получается глазурованная, стеклообразная поверхность, отличающаяся высокими декоративными свойствами и пониженной водопроницаемостью.

В технике известны способы получения декоративных покрытий в виде глазури. Получают его путем нанесения декоративного слоя керамической глазури толщиной 0,2-0,3 мм (ангоба). Сырьевыми материалами для ангобов служат беложгущиеся глины, каолин, кварцевый песок, мел, стеклобой и минеральные красители. Ангобы наносят на отформованные изделия в виде керамической суспензии-шликера в пульверизационной камере, сушат, а затем подвергают обжигу либо воздействию низкотемпературной плазмы (Справочник И.Х. Наназашвили. - Строительные материалы, изделия и конструкции. М.: Высшая школа, 1990, с. 173). При этом для достижения качественного покрытия необходимо, чтобы коэффициент термического расширения ангоба kт.р был близок к kт.р основного материала. Кроме того, беложгущие глины, кварцевый песок весьма дефицитны и производство лицевого кирпича из таких материалов для большинства районов является практически недоступным и экономически невыгодным, так как при подготовке ангоба необходимы дополнительные затраты на его измельчение, нанесение на поверхность материала и сушку. Получить декоративный глазурированный слой на поверхности силикатного кирпича, бетонных панелей без нанесения шликера не удается, так как при обработке плазмой карбонатсодержащих материалов происходит разложение углекислого кальция с выделением углекислого газа, который приводит к вспучиванию расплавленного слоя и в дальнейшем отслоению глазури при эксплуатации изделий.

Только полученный данным способом строительный материал может быть подвергнут оплавлению путем кратковременного воздействия низкотемпературной плазмы с целью придания ему высоких декоративных свойств и пониженной водопроницаемости без дополнительных средств, применяемых в технике для этих целей.

Технология предложенного способа заключается в следующем: подготовка сырьевых материалов - силикат-глыба предварительно измельчается в молотковой дробилке до фракции не более 10 мм; приготовление вяжущего - отдозированные порции силикат-глыбы и 30-50 мас.% песка подвергают совместному помолу в шаровой мельнице до удельной поверхности 4500-5500 см2/г; смешение формовочной массы - вяжущее и остальная часть заполнителя (песка 50-70 мас.%) загружаются в смеситель в такой последовательности: песок, затем вяжущее, осуществляют перемешивание компонентов в течение 2-3 мин, после чего при непрерывном перемешивании подают воду при водотвердом отношении 0,1-0,12 и продолжают перемешивание еще 3-5 мин; формование изделий - изделия прессуют под давлением 10-20 МПа, после чего распрессовывают на поддоны, которые укладывают в этажерки; отверждение изделий - производят пропарку изделий в камере, куда подается острый пар с температурой 80-90oC при атмосферном давлении в течение 1-1,5 ч, после чего пар отключают и камеру переводят в сухой режим: поднимают температуру до 110-120oC и выдерживают в течение 2-3 ч; глазурирование изделий - высушенные изделия пропускают через камеру, в которую подают плазмообразующий газ при температуре 3000-10000oC.

Полученный предложенным способом строительный материал соответствует промышленно изготавливаемому материалу марок 150-200.

По описанной технологии приведены примеры выполнения, изложенные в табл. 1 и 2, где в табл.1 показано влияние содержания вяжущего вещества на основные характеристики материала, в сравнении с прототипом, в табл.2 - изменение прочности образцов в зависимости от соотношения крупной и мелкой фракций заполнителя (песка).

Полученные данные позволяют судить о том, что содержание силикат-глыбы от 1 до 3 мас.% достаточно для получения промышленных изделий марки 150-200.

Наиболее прочные образцы получены на соотношении мелкая фракция: крупная фракция 70-80: 30-20. При этом видно, что оптимальное соотношение мелкая фракция: крупная фракция, которое обеспечивает получение изделий марки 150-200, равно 30-50:70-50. Введение большего количества мелкой фракции заполнителя энергетически невыгодно.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЕЗОБЖИГОВЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ из силикат-глыбы и наполнителя, включающий совместное измельчение силикат-глыбы с частью наполнителя, смешение полученной массы с остальной частью наполнителя, затворение водой, формование изделия и сушку при 110 - 120oС, отличающийся тем, что переработке подвергают смесь состава, мас.%: силикат-глыба 1 - 3, песок 97 - 99, при этом совместному измельчению с силикат-глыбой подвергают 30 - 50% песка, формование ведут под давлением 10 - 20 МПа, а перед сушкой осуществляют их пропарку при температуре 80 - 90oС, влажности 90 - 100% в течение 1 - 1,5 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после сушки поверхность изделий подвергают глазурованию путем воздействия низкотемпературной плазмы.

Версия для печати
Дата публикации 04.06.2007гг


вверх