ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЯЧЕИСТОГО СТЕКЛА Российский патент 2004 года по МПК C03C11/00 

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано как легкий строительный и акустическо-декоративный материал.

Известны шихты для получения ячеистого стекла, состоящие из измельченного стекла и вспененного в воде пенообразователя, предусматривающие фиксацию ячеистой структуры с последующим спеканием [1].

Однако эти шихты в пенообразном состоянии нестабильны во времени, при сушке разрушаются, так как практически не обладают механической прочностью. Получаемые блоки ячеистого стекла из таких шихт после спекания имеют неоднородную структуру и плотность.

Наиболее близкой к предлагаемой является шихта для изготовления ячеистого стекла, в которой в качестве пенообразователя используют мыльный корень, содержащий 32...33% сапонина, в количестве 0,5-2% массы стекла, а в качестве стабилизатора пены - бентонитовую или огнеупорную глину 4-6% и растворимое стекло с удельным весом 1,26 3-4%, стекло остальное [2].

Недостатком этой шихты является недостаточная механическая прочность получаемого при сушке пеноматериала. Транспортировка высушенных блоков ячеистого стекла на обжиг и сам процесс обжига сопряжены с толчками и вибрациями, приводящими к нарушению чрезвычайно непрочных структур молотого стекла, это приводит к высокому проценту брака готовой продукции и непроизводительным расходам энергетических и материальных ресурсов. Непрочная структура необожженных ячеистых стекол не позволяет вводить в их состав декоративные гранулированные включения, производить дообжиговую механическую обработку и калибрование размеров блоков. Обработка спеченных блоков ячеистого стекла трудоемка, требует большого расхода метизов и ручного труда.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения механической прочности, уменьшения энергоемкости производства и улучшения декоративных свойств ячеистого стекла.

Для достижения поставленной задачи шихта для изготовления ячеистого стекла, включающая стекло, пенообразователь и стабилизатор ячеистой структуры, согласно предлагаемому решению в качестве стабилизатора ячеистой структуры используют полуводный гипс и она дополнительно содержит портландцемент марки 400-600 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Пенообразователь 0,1-1,0

Полуводный гипс 1,0-8,0

Указанный портландцемент 0,5-10,0

Стекло Остальное

Для более полного достижения задачи выдержку пеносуспензии шихты в формах и ее стабилизацию проводят 4-8 ч.

Для более полного достижения задачи сушку и обжиг стабилизированной пеносуспензии шихты проводят без металлических форм.

В качестве пенообразователя используют, например, “морпен” (ТУ 0258-001-01013393-94).

Повышение механической прочности и уменьшение энергоемкости производства ячеистого стекла, изготовленного из сырьевой шихты с дополнительным введением полуводного гипса и портландцемента, основано на особенностях процессов физического и физико-химического характера, происходящих при формировании и стабилизации структуры, сушке, подготовке к обжигу и обжигу ячеистого стекла.

Для приготовления шихты ячеистого стекла используют один из видов стекла, например бой тарного стекла, помол его ведут в шаровых мельницах до удельной поверхности 300-600 м²/кг. На конечной стадии помола стекла вводят полуводный гипс и портландцемент. Два последних компонента имеют дисперсность, соизмеримую с дисперсностью стекла, поэтому на последнем этапе помола стекла практически происходит перемешивание трех компонентов шихты. Перемешивание производят до достижения однородности распределения компонентов по массе шихты (определяется ускоренным химическим анализом проб, отобранных из разных точек мельницы). Допускается смешивание молотого стекла с полуводным гипсом и цементом в отдельном смесителе.

Техническая пена готовится в пеногенераторе. Количество пенообразователя выбирается исходя из требований к структуре и степени устойчивости получаемой пены. Расход пенообразователя составляет 0,1-1,0% от массы материалов шихты.

Смешивание технической пены со смесью стекла, полуводного гипса и портландцемента производят, например, в высокооборотной лопастной мешалке в течение 5-10 минут. После этого полученную смесь разливают в формы, формирующие блоки, плиты и другие изделия. Время перемешивания сухих компонентов смеси с технической пеной ограничивается тем, что полуводный гипс начинает гидратироваться, при этом в пеносуспензии связывается вода, и образуются кристаллогидраты двуводного гипса. Эти два процесса происходят одновременно, при этом создается и фиксируется начальная структура блока ячеистого стекла. Введение в состав сырьевой шихты полуводного гипса в количестве 1,0-8,0 мас.% позволяет закрепить пространственную структуру, препятствующую оседанию в форме полученного ячеистого стекла, однако повышение содержания гипсового вяжущего в шихте свыше 8,0 мас.% не позволяет получить достаточно прочные образцы, способные выдержать распалубку форм и допускающие производить последующее спекание без форм. Функцию дальнейшего упрочнения структуры полученного пеноматериала принимает на себя введенный в состав шихты портландцемент марки 400-600 в количестве 0,5-10,0 мас.%.

Через 1,5-2,0 часа после смешивания технической пены с сухими компонентами шихты начинается интенсивный рост прочности полученного пеноматериала за счет гидратации портландцемента.

Через 4-10 часов пеноматериал достигает прочности, допускающей выемку из форм, сушку, механическую обработку и последующее спекание, т.е. получение конечного продукта - ячеистого стекла.

Анализ прочностных характеристик полученных образцов ячеистого стекла на разных технологических переделах показывает:

- использовать сырьевые шихты с содержанием пенообразователя менее 0,1 мас.%, полуводного гипса менее 1,0 мас.%, портландцемента менее 0,5 мас.% нецелесообразно, т.к. получаемый полуфабрикат ячеистого стекла в процессе выдержки в форме не набирает достаточной прочности, чтобы извлечь его из формы без повреждений, а малая прочность первоначально стабилизированной структуры не позволяет исключить разрушение образцов при перевозке и сушке (шихта 3);

- использовать шихты с содержанием пенообразователя более 1,0 мас.%, полуводного гипса более 8,0 мас.% и портландцемента более 10 мас.% также нецелесообразно, так как наблюдается необоснованный перерасход пенообразователя, цемент и полуводный гипс в результате гидратации образуют слишком прочную структуру в обжигаемом блоке, которая препятствует термической усадке стекла, в результате этого обожженные блоки ячеистого стекла имеют множество усадочных трещин, которые обуславливают резкий сброс прочности (шихта 5).

Шихта 6, приготовленная по прототипу, имеет чрезвычайно низкие начальные прочностные характеристики, которые не позволяют произвести обжиг блоков ячеистого стекла без форм. Использование дорогостоящих металлических форм при обжиге ячеистого стекла приводит к их быстрому износу (окисление, термические деформации); они также требуют защитной обмазки, предупреждающей налипание стекла. Очень трудоемким и тяжелым является процесс выгрузки обожженных блоков из горячих форм и направление блоков на отжиг. Наличие форм затрудняет визуальный контроль за процессами, происходящими при температурах 740-760°С в печи. Нагрев форм приводит к дополнительному расходу энергоресурсов. Этих недостатков лишена заявляемая шихта для получения ячеистого стекла. Кроме того, прочная структура стабилизированных пен позволяет вводить в массу ячеистого стекла пористые и декорирующие добавки, позволяющие уменьшить вес продукции и улучшить внешний вид изделий.

Пример получения ячеистого стекла

Сырьевая база для получения ячеистого стекла чрезвычайно широка: отходы стекольной промышленности, бой тарного, листового, ампульного, кинескопного, электролампового стекла, стеклоблоков и др. Стеклобой (в нашем случае - листового стекла) после щековой дробилки измельчали в молотковой дробилке, дозировали, загружали в шаровую мельницу и доводили до удельной поверхности 450-500 м²/кг. На конечной стадии помола вводили полуводный гипс и портландцемент (в нашем случае - портландцемент марки “500” производства ЗАО “Белгородский цемент”, г. Белгород). Совместный помол вели до достижения равномерного распределения компонентов по массе шихты. Готовую сухую шихту разгружали в бункер.

Техническую пену готовили в пеногенераторе. В нашем случае применяли пенообразователь “морпен” (производство ООО “СПО Щит”, г. Шебекино, Белгородской области по ТУ 0258-001-01013393-94).

Смешивание технической пены с сухими компонентами полученной шихты производили в высокооборотной лопастной мешалке в течение 10 минут. Соотношение компонентов в шихте представлено в таблице 1.

Полученную смесь выгружали в пластмассовые формы со съемными стенками. Выдерживали при 20-24°С 8 часов. Формы разбирали, образцы направляли на сушку и сушили до влажности 3-5%. Обжиг производили при температуре 740-750°С в течение 20 минут до полного прогрева, достижения равномерной объемной усадки образца до плотности 400 кг/м³. После обжига образцы отправляли на отжиг. В процессе отжига происходит медленное равномерное охлаждение образцов со скоростью 0,6-0,8°С/мин до температуры 50°С. Отжиг вели 10-12 часов.

В таблице 1 представлены конкретные составы ячеистого стекла, в таблице 2 - их прочностные свойства.

Как видно из приведенных таблиц, использование заявляемой шихты для производства ячеистого стекла позволит понизить трудовые и энергетические затраты и получать высокопрочные строительные материалы. Кроме того, при этом утилизируются отходы любых видов стекол.

Литература

1. Болдырев А.С. и др. Строительные материалы. Справочник. М.: Стройиздат, 1989.-С. 490-491.

2. Спирин Ю.Л. Справочник по производству теплозвукоизоляционных материалов. М.: Стройиздат, 1975. -С. 325-328.

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано как легкий строительный и акустическо-декоративный материал. Техническим результатом является повышение механической прочности, уменьшение энергоемкости производства и улучшение декоративных свойств ячеистого стекла. В шихте для изготовления ячеистого стекла, включающей стекло, пенообразователь и стабилизатор ячеистой структуры, в качестве стабилизатора ячеистой структуры используют полуводный гипс и дополнительно портландцемент марки 400-600, при следующем соотношении компонентов, мас.%: пенообразователь 0,1 - 1,0, полуводный гипс 1,0 - 8,0, указанный портландцемент 0,5 - 10,0, стекло остальное. При этом выдержку ее пеносуспензии в формах и ее стабилизацию проводят 4 - 8 ч. Сушку и обжиг ее стабилизированной пеносуспензии проводят без металлических форм. 2 з.п.ф-лы, 2 табл.

1. Шихта для изготовления ячеистого стекла, включающая стекло, пенообразователь и стабилизатор ячеистой структуры, отличающаяся тем, что в качестве стабилизатора ячеистой структуры используют полуводный гипс и она дополнительно содержит портландцемент марки 400 - 600 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Пенообразователь 0,1 - 1,0

Полуводный гипс 1,0 - 8,0

Указанный портландцемент 0,5 - 10,0

Стекло Остальное