Сырьевая смесь для изготовления легких силикатных стеновых материалов для строительных изделий и строительное изделие

Сырьевая смесь для изготовления легких силикатных стеновых материалов для строительных изделий и строительное изделие

Реферат

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении силикатных стеновых изделий - плиток, кирпича, блоков, стеновых панелей и др.

Известна сырьевая смесь для изготовления легких силикатных строительных материалов, включающая, мас.%: известь - 7,08...8,85, каракумский песок - 42,48...51,66, пиритные огарки - 9,47...10,50, аргиллитовый песок пористый - 13,92...25,40, вода - остальное, и изделие из этой смеси, например кирпич. Из перемешанной массы формуют изделия, которые подвергают автоклавной гидротермальной обработке острым паром [Авторское свидетельство СССР №698948, кл. С04В 15/06, 1978].

Недостатками этой сырьевой смеси являются: повышенная плотность получаемых стеновых силикатных изделий - 1310...1325 кг/м³, повышенная теплопроводность - до 0,40...0,51 Вт/(м·К). Эти недостатки ухудшают технологические и эксплуатационные характеристики легких стеновых силикатных материалов.

Наиболее близким к предлагаемому решению является сырьевая смесь для изготовления легких силикатных стеновых материалов, состоящая из, мас.%: извести - 10,2...12,2, кварцевого песка - 39,8...47,8 и минеральной добавки (керамзитового гравия фракции 5-10 мм) - 40...50, и изделие из этой смеси, например плитка, кирпич, блоки или стеновые панели. Насыпная плотность керамзитового гравия 440-600 кг/м³. Из перемешанной массы формуют изделия, которые подвергают автоклавной обработке при давлении пара 1 МПа и температуре 175°С по режиму 2+8+2 [Патент РФ №2243180, кл. 7 С04В 28/22, 2002].

Недостатками прототипа являются повышенные плотность (1470...1570 кг/м³) и теплопроводность (0,45...0,59 Вт/(м·К) легких стеновых силикатных изделий.

Предлагаемое изобретение решает задачу расширения арсенала технических средств для производства легких силикатных материалов с сохраненными и пониженными плотностью, тепло- и звукопроводностью, способных найти применение в малоэтажном строительстве и каркасном домостроении в качестве стенового материала. Использование отходов механической обработки пеностекол в качестве сырьевого компонента позволит существенно снизить себестоимость стеновых материалов с сохранением прочностных характеристик.

Технический результат достигается тем, что сырьевая смесь для изготовления легких стеновых силикатных изделий, включающая известковый компонент, кремнеземистый компонент и минеральную добавку, согласно предлагаемому решению содержит в качестве минеральной добавки дробленое теплоизоляционное пеностекло, либо дробленое звукоизоляционное пеностекло, либо смесь этих пеностекол в любом соотношении, с размером зерен 3,0...20,0 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%: известковый компонент - 10,2-12,2, дробленое пеностекло - 20,0-60,0, кремнеземистый компонент - 29,8-67,8.

Строительное изделие в виде плитки, кирпича, блоков или стеновых панелей на основе легких силикатных материалов отличается тем, что согласно предлагаемому решению силикатный материал имеет следующий состав, мас.%: известковый компонент - 10,2-12,2, дробленое пеностекло - 20,0-60,0, кремнеземистый компонент - 29,8-67,8.

Сравнение состава сырьевой смеси с прототипом показывает, что предлагаемое решение отличается введением в сырьевую смесь для изготовления легких стеновых силикатных изделий взамен керамзитового гравия дробленого пеностекла (в том числе теплоизоляционного, либо звукоизоляционного, либо их смеси) с размером зерен 3,0-20,0 мм в количестве 20,0-60,0 мас.%. Это позволит решить задачу расширения арсенала технических средств для производства легких силикатных изделий с низкими плотностью, тепло- и звукопроводностью с сохранением прочностных характеристик. Таким образом, предлагаемое решение обладает критерием «новизна».

При изучении других технических решений использование предложенного авторами введения в состав сырьевой смеси для изготовления легких силикатных стеновых материалов дробленого пеностекла или аналогичных ему материалов 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 остальными компонентами сырьевой смеси легких силикатных стеновых материалов при формовании и автоклавной обработке, в технической литературе не описаны. Полученные изделия (кирпич, плиты и панели) из легких силикатных стеновых материалов заявляемого состава 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 в качестве известкового компонента.

2. Кварцевый песок по ГОСТ 8736-93 в качестве кремнеземистого компонента.

3. Дробленое теплоизоляционное пеностекло (порообразователь - сажа) и звукоизоляционное пеностекло (порообразователь - мел) - фракция с размером зерен от 3,0 до 20,0 мм, полученная 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 20,0 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 дробленного пеностекла 3,0...20,0 мм. Получение известково-песчаного вяжущего, подготовку сырьевой смеси, формование и автоклавную обработку стеновых силикатных изделий производят аналогично прототипу [Патент РФ №2243180, кл. 7 С04В 28/22, 2002]. Для получения известково-песчаного вяжущего комовую известь и кварцевый песок подвергали совместному помолу до размера частиц менее 0,2 мм в шаровой мельнице. Полученное известково-песчаное вяжущее и дробленое пеностекло смешивали до однородного состояния, увлажняли водой (в количестве, необходимом для полного гашения извести и последующей формовки образцов - определяется экспериментально), перемешивали и помещали на 2 часа в сосуд для гашения. Из подготовленной таким образом смеси формовали полнотелые изделия (плитки и цилиндры) стеновых силикатных материалов. Автоклавную обработку полученных прессованных изделий производили при давлении пара 1 МПа и температуре 175°С по режиму 2+8+2 часа. После охлаждения изделия подвергали физико-механическим испытаниям.

Пример. Вначале приготовили известково-кремнеземистое вяжущее: навеску извести в количестве 112 кг (11,2% по отношению к общей массе сырьевой смеси, см. таблицу) и песка - 224 кг (22,4 мас.%), т.е. в соотношении 1:2, мололи в шаровой мельнице до размера частиц менее 0,2 мм. Полученное известково-кремнеземистое вяжущее (33,6% по отношению к общей массе сырьевой смеси), немолотый кварцевый песок 164 кг (16,4 мас.%) и дробленое теплоизоляционное пеностекло (500 кг - до 100%) с размером зерен 3,0...20,0 мм (насыпная плотность 190 кг/м³) смешивали в шнековой мешалке до однородно распределенного состояния (см. таблицу, смесь 1), увлажняли при перемешивании водой до влажности 9,6 мас.%. Полученную смесь помещали в сосуд для гашения, где она находилась 2 часа, аналогично смеси по патенту РФ №2243180, кл. 7 С04В 28/22, 2002. Из подготовленной таким образом смеси изготавливали полнотелые кирпичи, плитки и др. изделия. Сырцовые изделия подвергали автоклавной обработке. Полученные изделия испытывали на прочность (по ГОСТ 10180), определяли плотность (по ГОСТ 17623), теплопроводность (по ГОСТ 7076) и акустические характеристики (по ГОСТ 23499-79). Результаты испытаний приведены в таблице (смесь 1).

Смеси 2-5 приготовлены аналогичным образом с различным количественным содержанием компонентов. Сырьевая смесь 2 приготовлена с использованием дробленого звукоизоляционного пеностекла с размером зерен 3,0...20,0 мм и насыпной плотностью 270 кг/м³ (табл.). При приготовлении сырьевой смеси 3 использована смесь дробленых теплоизоляционного и звукоизоляционного пеностекол с насыпной плотностью 228 кг/м³. Известный состав массы 6 изготавливался согласно прототипу (Патент РФ №2243180, кл. 7 С04В 28/22, 2002).

Анализ результатов испытаний свойств образцов легких силикатных стеновых материалов (табл.) показывает следующее.

1. Введение в состав сырьевой смеси дробленого пеностекла в заявляемых количествах и размером зерен 3,0...20,0 мм позволяет получать легкие стеновые силикатные изделия с высокими тепло- и звукоизолирующими характеристиками и достаточной прочностью для использования их в качестве самонесущих стеновых конструкций (смеси 1-5).

ТаблицаСостав и свойства легких силикатных стеновых материалов для строительных изделий
№ смеси	Компоненты, мас.%	Начальная влажность смеси перед гашением извести, мас.%	Физико-механические свойства
Известково-кремнеземистое вяжущее	Немолотый кварцевый песок	Дробленое пеностекло с размером зерен 3,0...20,0 мм	Плотность, кг/м3	Теплопроводность, Вт/м·К	Реверберационный коэффициент звукопоглощения	Прочность при сжатии, МПа
Известь	Кварцевый песок	Теплоизоляционное	Звукоизоляционное
1	11,2	22,4	16,4	50	-	9,6	982	0,20	0,49	10,5
2	11,2	22,4	16,4	-	50	9,8	1115	0,31	0,68	10,8
3	11,2	22,4	16,4	25	25	9,7	1008	0,24	0,61	10,7
4	12,2	24,4	43,4	20	-	9,4	1420	0,46	0,30	10,4
5	10,2	20,4	9,4	60	-	10,3	972	0,17	0,54	4,1
6 (прототип)	11,2	22,4	21,4	45,0 (керамзитовый гравий	9,2	1570	0,45	0,32	10,6

2. Уменьшать в сырьевой смеси количество дробленого пеностекла с размером зерен 3,0...20,0 мм менее 20 мас.% нецелесообразно, т.к. получаемые легкие силикатные стеновые материалы имеют пониженные комплексные технические тепло- и звукоизоляционные характеристики, поэтому состав 4 принят как граничный.

Увеличение в сырьевой смеси количества дробленого пеностекла с размером зерен 3,0...20,0 мм свыше 60 мас.% нецелесообразно, т.к. происходит падение прочности получаемых легких силикатных стеновых материалов за счет уменьшения доли мелкого заполнителя - кварцевого песка. По этой причине, несмотря на то что тепло- и звукоизоляционные характеристики изделий имеют высокие значения, состав 5 принят как граничный.

Заявляемый способ изготовления стеновых керамических изделий по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества:

1) теплопроводность силикатных стеновых материалов снижена на 35...55%; реверберационный коэффициент звукопоглощения при этом увеличивается на 45...60%;

2) полученные в результате автоклавной обработки силикатные стеновые материалы имеют однородно-поризованную структуру с минимальными объемными дефектами, включают в свой состав экологически чистый неорганический компонент, сохраняют прочностные характеристики.

Физико-химическая сущность технического решения достижения задачи заключается в следующем: дробленое пеностекло с размером частиц 3,0...20,0 мм, благодаря своей низкой насыпной плотности от 170...200 кг/м³ (теплоизоляционное) до 260...280 кг/м³ (звукоизоляционное) и занимая определенный объем сырьевой массы, формирует пористую структуру. Эта структура, сохраняя свои положительные эксплуатационные свойства, определяет физико-механические свойства получаемого легкого силикатного стенового материала.

Размер дробленых частиц пеностекла выбран исходя из анализа результатов экспериментальных данных: частицы именно такого размера имеют развитую внешнюю поверхность, позволяющую обеспечивать прочное сцепление с силикатной связкой, и ядра с неразрушенными порами, которые являются носителями основных свойств пеностекольного материала (тепло- либо звукоизоляционными). Авторами установлено, что в результате автоклавной обработки сырцовых изделий, полученных путем формования заявляемых сырьевых смесей для приготовления легких силикатных стеновых материалов, содержащих дробленое пеностекло, на границах контакта известково-песчаного вяжущего с поверхностью пеностекла регистрируется повышенное содержание хорошо сформированных кристаллов гидросиликатов кальция различной степени насыщения и ряда других аморфно-кристаллических образований (доказано микроскопическими, петрографическими и рентгенофазовыми исследованиями). Указанные новообразования чрезвычайно сильно увеличивают эффекты тепло- и звукопоглощения в заявляемых материалах до величин, существенно превосходящих расчетные и прогнозируемые, полученные из анализа свойств исходных материалов. Обеспечение равномерно распределенной пористости за счет тщательного перемешивания и упрочненной внутренней структуры легкого силикатного материала в целом за счет появления кристаллических новообразований также обусловливает существенное улучшение физико-механических характеристик получаемых изделий по сравнению с прототипом: малая плотность, высокие тепло- и звукоизоляционные характеристики, особый состав минералов на границе введенных компонентов и др., которые передаются получаемым изделиям.

Получаемые по заявляемому способу легкие стеновые силикатные материалы и изделия из них, кроме того, обладают хорошими декоративными характеристиками, не имеют трещин.

Использование заявляемой сырьевой смеси для производства легких силикатных стеновых материалов позволит не только улучшить экологическую обстановку жилищ за счет применения экологически чистого тепло- и звукоизолирующего компонента, но и дополнительно защитить их от проникновения грызунов.

1. Сырьевая смесь для изготовления легких силикатных стеновых материалов, включающая известковый компонент, кремнеземистый компонент и минеральную добавку, отличающаяся тем, что она содержит в качестве минеральной добавки дробленое теплоизоляционное пеностекло, либо дробленое звукоизоляционное пеностекло, либо смесь этих пеностекол в любом соотношении с размером зерен 3,0-20,0 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

известковый компонент	10,2-12,2
дробленое пеностекло	20,0-60,0
кремнеземистый компонент	29,8-67,8

2. Строительное изделие в виде плитки, или кирпича, или блоков, или стеновых панелей на основе легких силикатных материалов, отличающееся тем, что силикатный материал имеет следующий состав, мас.%:

известковый компонент	10,2-12,2
дробленое пеностекло	20,0-60,0
кремнеземистый компонент	29,8-67,8