КОМПОЗИЦИОННЫЙ СОСТАВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2002 года по МПК C04B9/06 C04B16/02 C08L97/02 

Предлагаемое изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано для изготовления различных строительных элементов: прессованного конструкционного бруса, древесно-минеральных плит, блоков, панелей, профильных изделий и т.д.

Известна сырьевая смесь для изготовления строительных изделий (патент РФ, МПК⁶ С 04 В 28/30, 1996), включающая, мас.ч.:
Каустический магнезит - 1,0 - 1,5
Хлормагниевый рассол карналлитового производства - 1,4 - 1,9
Полиорганосилоксан - 0,01 - 0,03
Древесный опил - 2,8 - 3,2
Каолин - 0,04 - 0,08
Ультрамарин синий - 0,03 - 0,07
К недостаткам следует отнести сложность и многокомпонентность состава композиции, что осложняет технологию ее приготовления; а также неудовлетворительное качество строительных материалов, полученных на основе вышеуказанной сырьевой смеси, что связано с повышенной склонностью к "вымыванию" из смеси под действием атмосферных осадков водорастворимых компонентов, в частности хлорида калия как составной части рассолов карналлитового производства.

Из известных аналогов по технической сущности и достигаемому результату наиболее близким к заявляемому является состав для производства строительного бруса (патент РФ N 2151156, МПК⁷ C 08 L 97/02, 2000), содержащий, мас. %:
Измельченные древесные отходы - 40 - 50
Шлам карналлитовых хлораторов - 50 - 40
Магнезит каустический - Не более 10
Вода - Остальное
К недостаткам следует отнести то, что при его использовании проявляется неудовлетворительное качество производимых конструкционных прессованных брусов, что связано со сравнительно неудовлетворительными показателями водопоглощения, коэффициентом теплопроводности и пределом прочности на сжатие. Кроме того, использование в композиционном составе в качестве связующего каустического магнезита предполагает организацию специального промышленного участка по переработке исходного магнезита (природного минерала) для его измельчения и прокалки с получением каустического магнезита. В конечном итоге это существенно удорожает себестоимость композиционного состава в целом и в значительной степени тормозит и препятствует реализации крупномасштабного производства строительных материалов, доступных потребителям.

Заявленное техническое решение направлено на решение задачи, заключающейся в повышении качества и расширении сырьевой базы строительных материалов, производимых на основе нового заявляемого композиционного состава, обеспечение повышения его потребительских свойств, снижение затрат на приготовление композиционною состава.

Повышение потребительских свойств при реализации заявляемого изобретения состоит в снижении показателей водопоглощения и коэффициента теплопроводности и в повышении предела прочности строительных материалов, получаемых на основе предлагаемого композиционного состава.

Поставленная задача достигается тем, что в отличие от известного композиционного состава для производства строительных материалов, включающего измельченный растительный наполнитель, магнезиальное вяжущее на основе магнийсодержащих неорганических минеральных веществ и шламов карналлитовых хлораторов, в предлагаемом составе в качестве магнийсодержащих неорганических минеральных веществ магнезиальное вяжущее содержит отходы асбестового производства при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Измельченный растительный наполнитель - 30 - 40
Шлам карналлитовых хлораторов - 30 - 40
Отходы асбестового производства - 20 - 30
Вода - Остальное
Предлагаемый состав в качестве магнийсодержащих неорганических минеральных веществ содержит крупнотоннажные отходы асбестового производства дисперсностью не менее 5-50 мкм, например, следующего химического состава, мас. %: 30-45 MgO; 35-40 SiO₂; 3-7 CaO; 6-9 Fe₂O₃; 1-2 Аl₂О₃; оксиды других металлов - до 2%, потери при прокаливании (900^oС) - 10÷15. В качестве отходов могут быть использованы любые отходы асбестового производства, в том числе отходы обогащения хризотиласбеста, содержащие в составе 30-45 мас.% MgO.

В качестве растительного наполнителя используют древесные опилки, и/или измельченную стружку, и/или калиброванную щепу, и/или кору, и/или гидролизный лигнин.

Шлам карналлитовых хлораторов используют предварительно дробленый и измельченный с размером частиц 150-200 мкм, химического состава, мас.%: 25-30 MgCl₂; 25-35 MgO; 20-25 KCl, NaCl, CaCl₂; примеси хлоридов других металлов - остальное (15-25%).

Сравнение предлагаемого состава с известным позволяет утверждать, что в качестве магнийсодержащих неорганических минеральных веществ использовано новое связующее - отходы асбестового производства в заявляемом количественном соотношении. Использование вышеназванных отходов асбестового производства позволяет существенно улучшить основные показатели готовых изделий - снизить водопоглощение и коэффициент теплопроводности, повысить предел прочности. Анализ совокупности признаков заявленного изобретения и достигаемого при этом результата показывает, что между ними существует вполне определенная причинно-следственная связь, выражающаяся в том, что реализация предложенного технического решения при строгом соблюдении состава и количества ингредиентов композиционного состава обеспечивает достижение технического результата, а при нарушении количественного соотношения ингредиентов и отклонении в составе смеси от предложенного в данной заявке вышеуказанный технический результат не достигается. Использование предлагаемого состава и достигаемый при этом результат не следуют явным образом для специалистов в этой области техники, в научно-технической литературе отсутствуют сведения о композиционных составах с использованием совокупности вышеуказанных ингредиентов, взятых в определенном соотношении в смеси для производства строительных материалов. Это позволяет утверждать, что заявляемый состав соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Предлагаемый состав получают следующим образом. Компоненты состава перед смешением их друг с другом предварительно готовят. Измельченный растительный наполнитель предварительно подсушивают и стабилизируют показатели влажности до заданного значения. В качестве растительного наполнителя используют древесные опилки, и/или измельченную стружку, и/или калиброванную щепу, и/или кору, и/или гидролизный лигнин. Шлам карналлитовых хлораторов предварительно дробят и измельчают до размера частиц 150-200 мкм. Отходы асбестового производства используют с размером частиц не менее 5-50 мкм. Использование асбестовой составляющей с меньшим размером частиц может привести к нежелательным последствиям, связанным с попаданием мелкодисперсной фракции в органы дыхания работающего персонала.

Растительный наполнитель и воду подают через соответствующие дозаторы в заявляемых количествах в реактор-смеситель. Шлам карналлитовых хлораторов и отходы асбестового производства через соответствующие дозаторы подают в камеру подготовки композиционного связующего, после чего направляют в реактор-смеситель для получения заявляемого состава композиционной смеси, мас.%:
Измельченный растительный наполнитель - 30 - 40
Шлам карналлитовых хлораторов - 30 - 40
Отходы асбестового производства - 20 - 30
Вода - Остальное
После смешения вышеуказанных компонентов состава полученную композиционную смесь прессуют с получением готовых изделий.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления предлагаемого изобретения с получением вышеуказанного технического результата, а также сопоставление эффективности известного (по прототипу) и предлагаемого состава приведены в примерах.

Для определения эффективности предложенного технического решения по сравнению с прототипом проведены сравнительные испытания различных композиционных составов для производства строительных материалов (таблица). Для композиции по заявляемому изобретению выполнены подробные исследования по выяснению влияния состава композиции, количества компонентов на физико-химические и потребительские свойства получаемых строительных материалов (таблица).

Пример 1.

Для проведения сравнительных испытаний состава по прототипу и предлагаемому изобретению были подготовлены различные композиционные составы (таблица). Измельченный растительный наполнитель (древесные опилки или калиброванную щепу или гидролизный лигнин или другие известные отходы растительного происхождения) подают в комбинированную сушилку, подсушивание материала ведут до заданной влажности, определяют относительную влажность и через разгрузочное устройство подают в бункер-дозатор наполнителя. Из бункера-дозатора наполнитель через загрузочный люк поступает в реактор - смеситель. В реакторе-смесителе включают приводы вращения лопастных валов и разгрузочно-смесовые шнеки реактора-смесителя. В реактор-смеситель подают расчетное количество воды и включают привод перемешивающего механизма, после чего из камеры подготовки композиционного связующего подают магнезиальное вяжущее, представляющее собой смесь измельченных шламов карналлитовых хлораторов и отходов асбестового производства. В реакторе-смесителе компоненты состава перемешиваются двумя лопастными мешалками и двумя разгрузочно-смесовыми шнеками. По завершении процесса перемешивания разгрузочно-смесовые шнеки реверсивно переключаются на разгрузочный ход, выгружают полученную пресс-массу на транспортер и подают на узел раздачи, где пресс-массу распределяют на объемные дозы и подают в камеры формирования экструзионных прессов. Готовые строительные элементы, например стеновые панели, раскраивают делительной пилой на типоразмеры, охлаждают в естественных условиях и складируют. В аналогичных условиях изготовлены образцы из состава по прототипу.

Свойства готовых изделий испытаны в соответствии с требованиями технических условий на все нормируемые показатели: плотность, водопоглощение, набухание, пределы прочности на сжатие и изгиб, морозостойкость, огнестойкость, токсичность. В результате сравнительных испытаний, выполненных в идентичных условиях, установлено, что все образцы строительных материалов, полученных как на основе известного состава (прототип), так и на основе предлагаемого композиционного состава, соответствуют требованиям ТУ ОП 13-177/91-90, ГОСТ 7076-87, ГОСТ 10634-78, ГОСТ 8462-85, а именно: трудносгораемые, нетоксичные, морозостойкость составляет 38-40 циклов при нормируемых 8 циклах. Кроме того, установлено, что образцы строительных материалов, полученных на основе предлагаемого композиционного состава, по ряду важных технологических свойств обладают более высокими потребительскими показателями (таблица). Как видно из данных, представленных в таблице, заявляемый состав превосходит известный по приведенным показателям в 1,5-2 раза.

Испытание изделий, приготовленных с использованием композиций, включающих ингредиенты в массовых соотношениях, отличных от заявляемых, показало следующее: изменение количества растительного наполнителя, взятого для приготовления композиционного состава (например, с 30-40% до 70-80%), приводит к резкому снижению прочности получаемых строительных материалов (как на сжатие, так и на изгиб); при постоянном количестве растительного наполнителя и изменении соотношения между количеством шлама карналлитовых хлораторов и количеством отходов асбестового производства за заявляемые значения (30-40% и 20-30% соответственно) приводит к ухудшению качества получаемых строительных материалов: в этом случае практически все технологические показатели (см. таблицу) выходят за нормируемые техническими условиями величины. В частности, при относительном увеличении содержания отходов асбестового производства с 20-30% до 50-60% резко падает прочность на сжатие. То же самое наблюдается при увеличении относительного содержания в смеси шламов карналлитовых хлораторов с 30-40% до 60-80% и соответственно при уменьшении относительного содержания в смеси отходов асбестового производства с 20-30% до 5-10%, при этом также ухудшаются другие показатели - увеличивается водопоглощение, набухаемость и уменьшается морозостойкость. Все это препятствует использованию таких композиционных составов для производства строительных материалов.

При реализации разработанного технического решения в заявляемом соотношении компонентов обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в существенном повышении качества за счет улучшения технологических показателей строительных материалов. Кроме того, необходимо отметить следующее. Использование в качестве одного из компонентов композиционной смеси отходов асбестового производства позволяет:
- расширить сырьевую базу для получения высококачественных строительных материалов;
- решить проблему утилизации отходов производства;
- снизить энергетические, материальные и трудовые затраты на дробление, измельчение и диспергирование шламов карналлитовых хлораторов в связи с относительным уменьшением их содержания в предлагаемом композиционном составе.

Композиционный состав рекомендуется для изготовления различных строительных элементов: древесно-минеральных блоков, плит, панелей, прессованных конструкционных блоков, профильных изделий и т.п. Композиционный состав включает измельченный растительный наполнитель, магнезиальное вяжущее на основе магнийсодержащих неорганических минеральных веществ и шламов карналлитовых хлораторов и воды, при этом в качестве магнийсодержащего неорганического минерального вещества магнезиальное вяжущее содержит отходы асбестового производства. В качестве древесных отходов используют древесные опилки, и/или измельченную стружку, и/или калиброванную щепу, и/или измельченную кору, и/или гидролизный лигнин. В качестве шламов карналлитовых хлораторов используют предварительно дробленый и измельченный шлам до крупности не более 200 мкм химического состава, мас.%: 20-40 MgCl₂; 20-40 MgО; 20-30 KC1; хлориды и оксиды других металлов остальное. В качестве отходов асбестового производства используют отходы с размером частиц не менее 5-50 мкм. Сочетание компонентов в определенном соотношении обеспечивает повышение водопоглощения, прочностных показателей и уменьшение коэффициента теплопроводности. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Композиционный состав для производства строительных материалов, включающий измельченный растительный наполнитель, магнезиальное вяжущее на основе магнийсодержащих неорганических минеральных веществ и шламов карналлитовых хлораторов и воду, отличающийся тем, что в качестве магнийсодержащих неорганических минеральных веществ магнезиальное вяжущее содержит отходы асбестового производства при следующих соотношениях компонентов, мас. %:
Измельченный растительный наполнитель - 30-40
Шлам карналлитовых хлораторов - 30-40
Отходы асбестового производства - 20-30
Вода - Остальное
2. Композиционный состав для производства строительных материалов по п. 1, отличающийся тем, что в качестве измельченного растительного наполнителя используют древесные опилки, и/или измельченную стружку, и/или калиброванную щепу, и/или измельченную древесную кору, и/или гидролизный лигнин. 3. Композиционный состав для производства строительных материалов по п. 1, отличающийся тем, что в качестве шламов карналлитовых хлораторов используют предварительно дробленый и измельченный шлам до крупности не более 200 мкм. 4. Композиционный состав для производства строительных материалов по п. 3, отличающийся тем, что в качестве шлама карналлитовых хлораторов используют шламы, содержащие, мас. %: 20-40 MgCl₂; 20-40 MgO; 20-30 KC1; хлориды и оксиды других металлов остальное. 5. Композиционный состав для производства строительных материалов по п. 1, отличающийся тем, что в качестве отходов асбестового производства используют отходы с размером частиц не менее 5-50 мкм.