СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ И ФИЛЬТРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ Российский патент 2001 года по МПК C04B28/36 C04B40/02 

Изобретение относится к технологии приготовления строительных материалов и изделий на основе серы, например, теплоизоляционных и фильтрующих элементов.

Известен способ изготовления строительных изделий, включающий перемешивание заполнителей с серой, нагрев до 130-150^oC, формование изделия и охлаждение. Прочность готовых изделий колеблется в пределах 200-500 кгс/см² /1/.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления строительных изделий, включающий перемешивание заполнителей с молотой серой, укладку ее в форму, формование изделия путем вибрирования под пригрузом 50-500 г/см², прогрев в течение 1-3 часов при 130-150^oC, в процессе которого происходит плавление серы и пропитка заполнителя, с последующим охлаждением и распалубкой /2/.

Известный способ характеризуется трудоемкостью технологического процесса и невозможностью получения серного крупнопористого и фильтрационного бетона с минимальным количеством вяжущего.

Техническая задача заключается в упрощении технологии изготовления фильтрующих и теплоизоляционных элементов и обеспечении заданных физико-механических и теплотехнических характеристик материала за счет возможности введения оптимального количества вяжущего.

Техническая задача решается таким образом, что в способе изготовления теплоизоляционных и фильтрующих элементов, включающем формование путем вибрирования, нагрев серного вяжущего и заполнителя, охлаждение и распалубку, согласно изобретению, сначала в форму, выполненную с перфорированными стенками, днищем и крышкой, засыпают заполнитель, вибрируют его, досыпают до полного объема и фиксируют крышкой, затем серное вяжущее и форму с заполнителем нагревают до температуры 150±5^oС, погружают форму в расплав и пропитывают заполнитель в течение 1-10 мин, после чего ее извлекают из расплава и выдерживают над его поверхностью до слива излишка расплава серного вяжущего из межзернового пространства заполнителя, после этого форму охлаждают и производят распалубку.

Предложенный способ отличается от известного тем, что сначала в форму, выполненную с перфорированными стенками, днищем и крышкой, засыпают заполнитель, уплотняют его путем вибрирования, досыпают до полного объема формы и фиксируют полученный каркас крышкой, затем готовят расплав серного вяжущего при температуре 150±5^oC, нагревают форму с заполнителем до температуры расплава, после чего форму с заполнителем погружают в расплав серного вяжущего, пропитывают в течение 1-10 мин, извлекают и выдерживают ее над поверхностью расплава до слива излишка вяжущего из межзернового пространства заполнителя, после этого форму охлаждают и производят распалубку.

Предлагаемая последовательность операций позволяет получить серный крупнопористый бетон с оптимальной толщиной пленки серного вяжущего на зернах заполнителя с равномерным слоем, что позволяет избежать перерасхода вяжущего и, следовательно, уменьшить объемную массу бетона в теплоизоляционных и фильтрующих элементах. Регулирование толщины пленки вяжущего на заполнителе осуществляют подбором состава вяжущего в зависимости от содержания наполнителя и модификатора.

Расплав серного вяжущего в пропиточной ванне поддерживают при температуре 150±5^oC, при этой температуре он имеет наименьшую вязкость, что обеспечивает равномерное заполнение каркаса заполнителя в форме и полный слив излишка серного вяжущего из межзернового пространства после извлечения формы из пропиточной ванны.

Размер перфораций выбирается из условия: D_min фракции /1,5≥D перфорации. Это условие обеспечивает укладку заполнителя заданного фракционного состава в форму. Площадь перфорации составляет 20-25% от площади боковой поверхности формы. Это обеспечивает равномерный доступ серного вяжущего в межзерновое пространство заполнителя во время пропитки и полный слив излишка вяжущего после извлечения формы из расплава. Уменьшение площади перфорации стенок формы увеличивает время пропитки и слива.

Вибрирование формы с уложенным заполнителем осуществляется для получения максимально плотной упаковки заполнителя, обеспечивающей максимально высокую прочность крупнопористого серного бетона. Вибрирование заполнителя обеспечивает снижение объема межзернового пространства и увеличение зон контактов между зернами заполнителя, от количества которых, в единице объема, зависит прочность композиции. Фиксирование каркаса заполнителя крышкой позволяет транспортировать формы без нарушения плотности структуры каркаса и обеспечить его равномерную пропитку вяжущим.

Перед погружением в пропиточную ванну, форму с заполнителем разогревают до 150±5^oC с целью избежать остывания и налипания серного вяжущего в ячейках перфорации, что приведет к неравномерному распределению вяжущего по всему объему изделия и к деструктивным процессам, или к значительному увеличению времени пропитки.

Кроме того, предлагаемый способ изготовления теплоизоляционных и фильтрующих элементов предусматривает безотходную технологию производства строительных материалов и изделий, а также возможность переработки и повторного использования бракованных изделий из крупнопористого серного бетона.

Способ осуществляют следующим образом.

Заполнитель (щебень, гравий, песок, керамзит, азерит или др.) фракции 2,5-70 мм поступает в расходные бункера в зависимости от его вида и фракции. Из бункера заполнитель засыпают в металлическую форму. Стенки, днище и крышка формы выполнены перфорированными, с размерами ячеек менее диаметра заполнителя наименьшей фракции. Форму с заполнителем подвергают вибрации в течение 5-30 с, досыпают заполнитель до полного объема формы и фиксируют крышкой полученный каркас заполнителя. После чего форму с заполнителем подают в камеру нагрева, где нагревают до температуры 150±5^oC.

Одновременно готовят расплав серного вяжущего следующим образом. Из бункера хранения молотую серу подают в плавитель, где плавят при температуре 120-130^oC. Далее расплав серы подают в расходную емкость, где подогревают до температуры 150±5^oC, или - в типовой смеситель, где ее перемешивают с наполнителем (кварцевая мука, графитовый порошок и т.д.) и модификатором (стирол, парафин и т. д.) с одновременным нагревом до 150±5^oC, до получения гомогенизированной жидкой массы - серной мастики. Полученную серную мастику подают в расходную емкость. Из расходной емкости расплав серного вяжущего подают в пропиточную ванну.

Нагретую форму с заполнителем погружают в расплав пропиточной ванны, оборудованной греющей рубашкой или ТЭНами, и выдерживают 1-10 мин в зависимости от размера изделия. Затем форму извлекают из расплава и выдерживают над его поверхностью до полного слива излишка серного вяжущего из межзернового пространства заполнителя. Далее форму подают в камеру охлаждения, где выдерживают до достижения температуры 30-40^oС, после чего изделие распалубливают.

Пример 1. Изготавливают изделие размером 7х7х7 см. В форму укладывают заполнитель - гранитный щебень фракции 5-10 мм. Размер перфорации формы 3 мм. В качестве серного вяжущего используют серную мастику следующего состава, мас.%:
сера - 80,3
кварцевая мука - 18,9
стирол - 0,8
Форму со щебнем вибрируют 10 с на лабораторной виброплощадке, досыпают заполнитель и фиксируют крышкой. Затем форму устанавливают в камере для нагрева и выдерживают до достижения 155^oC. Одновременно готовят расплав серного вяжущего до той же температуры. Нагретую форму погружают в расплав на 3 мин, после этого извлекают форму и дают стечь излишку расплава в пропиточную емкость. После охлаждения формы до 30-40^oC производят распалубку. Получают фильтрационный бетон прочностью 6 МПа; с коэффициентом фильтрации 1,8 см/с; плотностью 1690 кг/м³.

Пример 2. Изделие изготавливают аналогично примеру 1. В качестве заполнителя используют азеритовый гравий марки 400 по насыпной плотности фракции 5 мм. Вяжущее - расплав чистой серы ГОСТ 127.1-93. Получают теплоизоляционные элементы прочностью 0,48 МПа; плотностью 500 кг/м³ и теплопроводностью 0,19 Вт/м•К.

Предложенный способ изготовления теплоизоляционных и фильтрующих элементов из серного крупнопористого бетона позволяет получить крупнопористый бетон с заданной оптимальной макроструктурой и свойствами, как для теплоизоляционных изделий, так и для фильтрующих элементов, например, трубофильтров, плит крепления откосов каналов и тротуарных плит.

Источники информации
1. Высокопрочный бетон с использованием серы - Shigematsuk "Конкурито когаку", Concr. J, 1976, 14, N 3, 104. Яп.

2. SU Авторское свидетельство N 1011590 A, C 04 B 19/06, Бюл. N 14 от 15.04.83 /прототип/.

Способ изготовления теплоизоляционных и фильтрующих элементов может быть использован для устройства теплоизоляции и фильтрующих элементов, например трубофильтров, тротуарных плит и др. Способ включает укладку заполнителя в форму, выполненную с перфорированными стенками, днищем и крышкой, уплотнение путем вибрирования с досыпкой заполнителя, фиксирование полученного каркаса крышкой, нагрев серного вяжущего и формы с заполнителем до температуры 150±5°С, погружение формы в расплав и пропитку заполнителя в течение 1-10 мин, извлечение ее из расплава и выдержку над поверхностью расплава до слива излишка расплава серного вяжущего из межзернового пространства заполнителя с последующим охлаждением формы и распалубку. Технический результат: упрощение технологии изготовления элементов и обеспечение заданных физико-механических и теплотехнических характеристик.

Способ изготовления теплоизоляционных и фильтрующих элементов, включающий формование путем вибрирования, нагрев серного вяжущего и заполнителя, охлаждение и распалубку, отличающийся тем, что сначала в форму, выполненную с перфорированными стенками, днищем и крышкой, засыпают заполнитель, вибрируют его, досыпают до полного объема и фиксируют крышкой, затем серное вяжущее и форму с заполнителем нагревают до температуры 150 ± 5^oC, погружают форму в расплав и пропитывают заполнитель в течение 1 - 10 мин, после чего ее извлекают из расплава и выдерживают над его поверхностью до слива излишков расплава серного вяжущего из межзернового пространства заполнителя.