СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ИСКУССТВЕННОГО КАМНЯ Российский патент 1994 года по МПК B28B3/00 

Изобретение относится к технологии получения высокопрочных строительных материалов на основе минеральных вяжущих веществ и может быть использовано в различных областях строительства для изготовления строительных деталей и конструкций.

Известен способ изготовления гипсовых изделий путем прессования (патент Франции N 2098706, 1972).

Недостатком известного способа является двухступенчатость технологии.

Известен способ изготовления бетонных элементов путем сжатия давления в пределах 50-150 МПа (заявка Франции N 2547526, кл. B 28 B 3/00).

Известны также способы изготовления искусственного камня из двуводного гипса путем термообработки под прессующим давлением (авт. св. СССР N 364579, 1971, авт. св. N 528279, 1976, авт. св. N 933650, 1982), а также способ изготовления продукта из смеси, содержащей известь, включающий отверждение при тепловой обработке (заявка ФРГ N 0 3540968, 1987).

Основным недостатком данных способов является проведение процесса с использованием термообработки в интервале температур 80-250^оС, что усложняет технологию изготовления и требует дополнительных энергетических затрат.

Способ по авт. св. 933650 требует использования полимеризующего мономера, что приводит к повышению стоимости готовых изделий и требует использования дополнительных компонентов.

Прототипом изобретения является способ изготовления силикатного кирпича, включающий смешение компонентов, прессование при удельном давлении 20,0-37,0 МПа, последующую автоклавную обработку кирпича-сырца. Оптимальная влажность смеси при прессовании 6-7% . Гидротермальная обработка насыщенным паром при температуре 174,5 до 200,4^оС и давлении от 0,8 до 1,6 МПа в автоклавах производится с целью придать кирпичу-сырцу необходимую прочность, водостойкость и морозостойкость (Вахнин М. П. , Анищенко А. А. Производство силикатного кирпича, М. , 1977).

Недостатками способа, выбранного за прототип, являются
невысокая сырцовая прочность кирпича, не более 0,45 МПа, что приводит к разрушению части изделий в процессе их изготовления;
использование дополнительной операции - гидротермальной обработки и наличие дополнительного оборудования;
относительно высокий процент брака (отколы, трещины) после термической обработки, что обусловлено нестабильностью по прочности получаемых изделий в диапазоне используемых давлений;
тщательный подбор компонентов, их гранулометрического состава, совместный размол извести с частью песка.

Невысокая сырцовая прочность изделий, получаемых данным способом, требует их дальнейшей обработки с целью придания кондиционной конечной прочности, которая не может быть достигнута в данном случае путем естественной сушки. Поэтому приходится прибегать к операции гидротермальной обработки кирпича (пропаривание). В результате пропаривания резко интенсифицируются физико-химические процессы гидратации вяжущего и взаимодействия частиц вяжущего и наполнителя. Это позволяет повысить конечную прочность кирпича до уровня 10,0-15,0 МПа. При этом ввиду того, что область используемых давлений не является оптимальной с точки зрения получения максимальной сырцовой прочности, а также значительно влияние таких факторов как качество смешения компонентов, исходный гранулометрический состав смеси, конечная прочность изделий не является стабильным параметром и колеблется довольно в широких пределах.

Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления искусственного камня включает приготовление смеси компонентов, содержащей 4-12 мас. % воды, прессование под давлением от 40,0 до 100,0 МПа с выдержкой под давлением в течение 0,5-30 с и сушку.

Отличительными существенными признаками изобретения являютcя:
интервал давления прессования (I),
время выдержки под давлением прессования (II).

Указанная совокупность отличительных признаков (I) и (II) в сочетании с признаком "приготовление смеси компонентов, содержащей 4-12 мас. % воды", обеспечивает повышение сырцовой прочности изделий до значения σ_сж = 2,5-3,0 МПа и позволяет заменить операцию гидротермической обработки сушкой в естественных условиях, т. е. существенно упростить технологию.

С целью получения стабильных результатов по прочности и морозостойкости изделий во всем диапазоне давлений предложена следующая зависимость:
P= K или τ= K где P - давление прессования, МПа;
П - пористость изделий, % ;
ϕ - влажность смеси, % ;
τ - время выдержки под давлением, с;
К = (30-60) ˙ 10⁵ - коэффициент, зависящий от размера изделий, насыпной плотности и т. д.

Известен способ получения обожженной извести путем брикетирования отходов известняка введением воды и брикетирования прессованием под давлением от 20,0 до 150,0 МПа с последующим подогревом и обжигом брикетов (авт. свт. ЧССР N 173757, кл. C 04 B 1/00, 1973).

Роль давления в данном способе сводится к формированию кусочков, неустойчивых к действию воды и мороза и пригодных только к обжигу. Прочность изделий до 10,0 МПа обеспечивается под воздействием топочных газов.

В предлагаемом способе использование давления в пределах от 40,0 до 100,0 МПа при прессовании смеси компонентов - вяжущее, наполнители, вода приводит не к простому формированию изделий, а к образованию физико-химических связей между частицами смеси вследствие перекристаллизации мелких частиц наполнителя, эффективного адгезионного взаимодействия. Проведение процесса изготовления в интервале давлений (I) и выдержке под давлением (II), временной интервал которой установлен экспериментально для данного диапазона давлений, приводит к достижению положительного эффекта - повышению сырцовой прочности изделий, что снижает процент бракованных изделий в технологическом цикле и позволяет упростить технологию изготовления готовых изделий. Установленная взаимосвязь между временем выдержки под давлением, давлением прессования и влажностью смеси позволяет получать изделия со стабильной высокой сырцовой прочностью.

Суть предлагаемого изобретения в оптимальном сочетании давления прессования, времени выдержки под давлением и влажности смеси. Это позволяет достигать эффективного уплотнения во всем диапазоне давлений и, как следствие, получать изделия со стабильно постоянными характеристиками. При таком полном сжатии прессуемой массы помимо чисто механического уплотнения интенсифицируются процессы взаимодействия воды, вяжущего и наполнителя с образованием прочных физико-химических связей, которые окончательно структурируются в результате естественной сушки. В результате отпадает необходимость в специальной термообработке сырцовых изделий с целью стимулирования внутреннего структурообразования.

Использование давления ниже 40,0 МПа приводит к снижению сырцовой прочности до 0,4-1,0 МПа, а повышение - выше 100,0 МПа нецелесообразно по экономическим соображениям.

Применение выдержки под давлением менее 0,5 с технологически трудно осуществимо, более 30 с - экономически нецелесообрано.

Пример, подтверждающий возможность осуществления изобретения.

20% цемента, 30% глины, 50% песка и 10% воды (к массе сухого сырья) перемешивают в смесителе. Из смесителя приготовленная масса поступает на пресс, где под давлением 60,0 МПа и при выдержке 10 с формируют камень в виде параллелепипеда со сторонами 65 x 120 x 250 мм. Далее изделия транспортируют на склад для сушки на воздухе в течение 1-2 сут. Полученные образцы испытывают по стандартным методикам.

Физико-механические показатели образцов приведены в таблице.

Пористость образцов, получаемых по данному способу, находится на одном уровне и равна 10-12% .

Предлагаемое изобретение позволяет повысить сырцовую прочность изделий ≈ в 7 раз, что снижает процент брака при изготовлении изделий и позволяет упростить технологию изготовления. Изделия получаются прочными со стабильными влаго- и морозостойкими характеристиками во всем диапазоне давлений.

Внедрение способа согласно изобретению означает существенное улучшение качества изделий, упрощение технологии изготовления (без дополнительной тепловой обработки), расширение сырьевой базы (переработке поддается влажное сырье, отходы), при этом достигается значительный экономический эффект.

Использование: в различных областях строительства для изготовления строительных изделий из высокопрочных строительных материалов на основе минеральных вяжущих веществ. Сущность изобретения: способ включает приготовление смеси компонентов, содержащей 4 - 12% воды, прессование смеси под давлением от 40,0 до 100,0 МПа с выдержкой под давлением 0,5 - 30 с, сушку на воздухе. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ИСКУССТВЕННОГО КАМНЯ, включающий приготовление смеси, содержащей 4 - 12 мас. % воды, прессование и сушку, отличающийся тем, что прессование ведут при давлении 40,0 - 100,0 МПа с временем выдержки под давлением 0,5 - 30 с. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что время τ выдержки под давлением определяют по зависимости
τ = K 2, ,
где П - пористость изделий, % ;
ϕ - влажность прессуемой смеси, % ;
P - давление прессования, Па;
K - коэффициент, зависящий от размера изделий, характеристик сырьевой смеси.