ГРАНУЛИРОВАННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ ЗАПОЛНИТЕЛЬ ДЛЯ СИЛИКАТНЫХ СТЕНОВЫХ ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ ТРЕПЕЛА, ДИАТОМИТА И ОПОКИ, СОСТАВ СЫРЬЕВОЙ СМЕСИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СИЛИКАТНЫХ СТЕНОВЫХ ИЗДЕЛИЙ, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИЛИКАТНЫХ СТЕНОВЫХ ИЗДЕЛИЙ И СИЛИКАТНОЕ СТЕНОВОЕ ИЗДЕЛИЕ Российский патент 2009 года по МПК C04B28/18 C04B20/00 C04B111/20 

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для получения силикатных стеновых изделий - силикатного кирпича, плиток, блоков, стеновых панелей и т.п., подвергающихся автоклавной обработке при твердении.

Известен способ получения силикатных стеновых изделий, подвергающихся автоклавной обработке при твердении, включающий состав силикатной смеси и заполнитель в виде керамзитового гравия. Способ получения силикатных стеновых изделий, в частности силикатного кирпича, включает смешивание гашеной извести (10,2-12,2 мас.%), песка (39,8-47,8 мас.%), заполнителя в виде керамзитового гравия с размером зерен 5-10 мм (40-50 мас.%), доувлажнение смеси до формовочной влажности, формование строительных изделий, которые подвергают автоклавной гидротермальной обработке острым паром [патент РФ №2243180, кл.7 С04В 28/22, 2002].

Недостатками данного способа, силикатной смеси и заполнителя является то, что используемый заполнитель не способствует увеличению водостойкости и морозостойкости силикатных стеновых изделий, а также высокие энергозатраты при получении обжигового заполнителя - керамзитового гравия.

Наиболее близкими к предлагаемому решению является способ получения силикатных стеновых изделий, например силикатного кирпича, состав силикатной смеси, композиционный заполнитель для нее в виде обожженной при 1180°С и дробленной до фракции 0,4-1,2 мм глинистой кремнеземсодержащей породы, пропитанной известковой суспензией и силикатное стеновое изделие. Способ по прототипу включает в себя перемешивание двух компонентов - известьсодержащего и заполнителя, состоящего из кремнеземсодержащего компонента (глинистая вспученная порода), пропитанного известьсодержащим компонентом (известковой суспензией), доувлажнение смеси до формовочной влажности, формование изделий и запаривание в автоклаве при давлении 1 МПа при температуре 178°С в течение 12 часов [патент РФ №2142440, кл.6 С04В 28/18, 1998].

Недостатками указанных способа, силикатной смеси, заполнителя и силикатного стенового изделия является то, что используемый заполнитель не способствует увеличению водостойкости и морозостойкости силикатных стеновых изделий, не позволяет существенно снизить их теплопроводность, а также высокие энергозатраты при получении обжигового заполнителя и, как следствие, при получении стеновых изделий.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения водостойкости и морозостойкости, уменьшения теплопроводности при сохранении прочностных показателей силикатных стеновых изделий, подвергающихся автоклавной обработке при твердении, а также снижает энергозатраты при получении стеновых изделий за счет снижения энергозатрат при получении заполнителя.

Результат достигается с помощью гранулированного композиционного заполнителя для силикатных стеновых изделий, изготовленного из композиции, включающей кремнеземсодержащий и известьсодержащий компоненты, в котором согласно предлагаемому решению он выполнен в виде гранул размером 0,5-10,0 мм, состоящих из ядра и оболочки, где ядро получено гранулированием смеси совместно молотых до удельной поверхности 150-250 м²/кг кремнеземсодержащего компонента - трепела, диатомита, опоки и гидроксида щелочного металла при их массовом соотношении 0,70-0,95:0,05-0,30 со связкой - водным раствором силиката натрия плотностью 1,2-1,3 г/см³ в количестве 0,1-7,0% от смеси, а оболочка сформирована на поверхности ядра его окатыванием сухой пылевидной смесью совместно молотых негашеной извести и натрия кремнефтористого при их в массовом соотношении 0,85-0,95:0,05-0,15, с последующим твердением до прочности не менее 2,1 МПа.

Технический результат достигается тем, что сырьевая смесь для изготовления силикатных стеновых изделий, включает указанный заполнитель, негашеную известь и кварцевый песок при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный заполнитель - 5-40, негашеная известь - 10,0-12,5 и кварцевый песок - 50,0-82,5.

Технический результат достигается тем, что способ получения силикатных стеновых изделий включает получение указанной сырьевой смеси путем перемешивания ее компонентов, увлажнение смеси до формовочной влажности, формирование при давлении изделий и их автоклавную обработку.

Результат достигается с помощью силикатного стенового изделия, характеризующегося тем, что оно получено указанным способом.

Характеристика компонентов.

1. В качестве известьсодержащего компонента для сырьевой смеси и защитной оболочки заполнителя использовали известь негашеную строительную производства ОАО «Стройматериалы», г.Белгород по ГОСТ 9179-77.

2. В качестве кремнеземсодержащего компонента сырьевой смеси использовали природный кварцевый Вольский песок по ГОСТ 6139-2003.

3. В качестве кремнеземсодержащего компонента для изготовления ядра заполнителя использовали природные высококремнеземистые породы:

- опоку, отобранную из открытого карьера Коркинского месторождения, Челябинская область; химический состав, мас.%: SiO₂ - 76,3; Al₂O₃ - 8,4, Fe₃O₃ - 3,1, TiO₂ - 0,2, CaO - 2,2; MgO - 1,0; R₂O - 1,7; п.п.п. - 3,3.

- трепел Фокинского месторождения. Брянская область; химический состав, мас.%: SiO₂ - 74,2; Al₂O₃ - 7,2, Fe₂O₃ - 2,4, CaO - 6,6; MgO - 1,1; R₂O - 0,6; п.п.п. - 8,6.

4. В качестве гидроксида щелочного металла использовали гидроксид натрия по ГОСТ 2263-79.

5. Натрий кремнефтористый Na₂SiF₆ по ТУ 6-09-1461-91.

6. Вода водопроводная по ГОСТ 23732-79.

7. При гранулировании порошка совместно молотой природной высококремнеземистой породы с гидроксидом натрия на тарельчатом грануляторе использовали водный раствор силиката натрия (жидкое стекло) по ТУ 2385-001-54824507-2000 плотностью 1,2-1,3 г/см³.

Для получения ядер гранулированного заполнителя при реализации заявляемого способа получения силикатных стеновых изделий дробленую природную высококремнеземистую породу (трепел, диатомит, опоку) дозировали с гидроксидом натрия весовым методом. Полученную смесь загружали в шаровую мельницу и производили смешивание и помол до достижения удельной поверхности 150…250 м²/кг. Гранулирование полученной шихты осуществляли с помощью тарельчатого гранулятора путем разбрызгивания на поверхность порошка водного раствора силиката натрия плотностью 1,2-1,3 г/см³. Скоростью вращения и углом наклона тарелки гранулятора регулировали диаметр гранулированного материала. Полученные ядра направляли на скатывание порошком извести, молотой совместно с натрием кремнефтористым при их соотношении 0,85-0,95:0,05-0,15 по массе. На сите с размером ячеек 0,5 мм отделяли гранулированный материал и направляли на хранение при температуре окружающей среды. Контроль набора прочности гранулированного заполнителя при температуре окружающей среды производили путем испытания в цилиндре по ГОСТ 9758.

Пример. Приготовление ядер гранулированного заполнителя. Опоку (8 кг) и гидроксид натрия (2 кг), т.е. в соотношении 0,80:0,20 по массе (табл.1, смесь 1) мололи в мельнице совместно до удельной поверхности 200 м²/кг. Полученный порошковый материал подавали на тарельчатый гранулятор. На поверхность порошка путем разбрызгивания наносился водный раствор силиката натрия плотностью 1,25 г/см³. Скоростью вращения и углом наклона тарелки гранулятора регулировали диаметр получаемых ядер, который составлял в данном случае 4,4-4,5 мм.

Получение защитной оболочки на ядрах. Полученные ядра направляли на опудривание порошком извести (9 кг), молотой совместно с кремнефтористым натрием (1 кг), т.е. в соотношении 0,90:0,10 до получения гранул размером 5,0 мм (табл.1, смесь 1). Опудривание производили в барабанном смесителе.

Часть полученного гранулированного материала после хранения в течение 36 часов при температуре окружающей среды испытывали на прочность путем сдавливания в цилиндре по ГОСТ 9758; остальной использовали при приготовлении бетонных смесей для изготовления образцов строительных изделий. Прочность гранул при сжатии составляла 3,1 МПа.

Приготовление силикатной сырьевой смеси. Дозировку компонентов производили весовым способом: 1,15 кг негашеной извести (11,5 мас.%, табл.1, смесь 1), 5,85 кг песка (58,5 мас.%) и 3,0 кг (30 мас.%) гранулированного заполнителя перемешивали, гасили в шнековом смесителе и доувлажняли до формовочной влажности, которая составляла 12%.

Формование образцов производили традиционным способом при давлении 20 МПа.

Гидротермальную обработку образцов производили в автоклаве при давлении 1 МПа и температуре 178°С в течение 12 часов согласно прототипу [патент РФ №2142440, кл.6 С04В 28/18, 1998].

Заполнитель по прототипу (см. патент РФ №2142440, пример №4) состоял из молотой до фракции 0,4-1,2 мм глинистой вспученной породы, пропитанной известковой суспензией и имел прочность при раздавливании в цилиндре 1,7 МПа.

Полученные образцы стеновых изделий испытывали на прочность (по ГОСТ 10180), определяли теплопроводность (по ГОСТ 7076), морозостойкость

(по ГОСТ 7025-91) и водостойкость - относительную потерю прочности при сжатии образцов после 25 циклов замачивания. Результаты испытаний приведены в табл.2 (смесь 1).

Таким же образом были получены стеновые изделия с другими составами компонентов (табл.1), результаты определения физико-механических свойств силикатных изделий после автоклавной обработки приведены в табл.2, смеси 1-10.

Анализ данных табл.2 результатов испытаний свойств образцов силикатных строительных изделий показывает следующее.

1. Введение в состав силикатной смеси заявляемого гранулированного заполнителя размером 0,5-10 мм, состоящего из ядра в виде связанных между собой жидким стеклом совместно молотых природной высококремнеземистой породы (трепела, диатомита, опоки) и гидроксида щелочного металла, которое покрыто оболочкой из молотой извести и кремнефтористого натрия в заявляемых количествах, позволяет получать прочные водостойкие силикатные стеновые изделия с пониженной теплопроводностью, повышенными водостойкостью и морозостойкостью, при этом за счет исключения обжига заполнителя значительно снижается энергоемкость полученных стеновых изделий.

2. Уменьшение количества гранулированного заполнителя в составе бетонной смеси до 5 мас.%, а также соотношения в ядре заполнителя гидроксида натрия до 0,05 по отношению к массе природной высококремнеземистой породы (трепела, диатомита, опоки), удельной поверхности порошкового материала ядра до 150 м²/кг, соотношения кремнефтористого натрия в защитной оболочке гранулы до 0,05 по отношению к массе извести и диаметра гранул заполнителя до 0,5 мм приводит к снижению прочности гранулированного заполнителя, уменьшает его реакционную способность, что приводит к увеличению теплопроводности, уменьшению водостойкости, морозостойкости и прочности получаемых образцов силикатных стеновых изделий (смеси 2 и 7, табл.2), данные составы приняты как граничные.

Дальнейшее уменьшение названных соотношений и параметров приводит к существенному снижению комплексных физико-механических показателей гранулированного заполнителя и силикатных стеновых изделий, поэтому составы смесей 4 и 9 выходят за рамки заявляемых составов силикатных стеновых изделий.

3. Использование гранулированного заполнителя в составе силикатной смеси в количестве 40 мас.%, а также соотношения в ядре заполнителя гидроксида натрия в количестве 0,30 по отношению к массе природной высококремнеземистой породы (трепела, диатомита, опоки), удельной поверхности порошкового материала ядра до 250 м²/кг, соотношения кремнефтористого натрия в защитной оболочке гранулы до 0,15 по отношению к массе извести и диаметра гранул заполнителя до 10 мм приводит также к снижению прочности гранулированного заполнителя, повышенному расходу жидкого стекла для связки передиспергированных компонентов. Чрезмерно высокая активность гранулированного заполнителя размером более 10 мм при автоклавной обработке силикатных изделий приводит к образованию крупных пор в их массиве с множеством структурных дефектов, что также приводит к увеличению теплопроводности, уменьшению водостойкости, морозостойкости и прочности получаемых образцов силикатных стеновых изделий (смеси 3 и 8, табл.2), данные составы приняты как граничные.

Дальнейшее увеличение названных соотношений и параметров приводит к существенному снижению физико-механических показателей силикатных стеновых изделий, поэтому составы смесей 5 и 10 выходят за рамки заявляемых составов силикатных стеновых изделий.

При оптимальном соотношении компонентов (смеси 1 и 6,табл.1) полученные силикатные стеновые изделия имеют следующие преимущества по сравнению с известными:

1) при сохранении прочностных показателей теплопроводность уменьшается в 1,3-1,5 раза, водостойкость увеличивается на 15-20%, а морозостойкость - в 1,3-1,5 раза;

2) заявляемый гранулированный заполнитель не требует тепловой обработки при изготовлении, за счет этого снижаются энергозатраты при получении силикатных стеновых изделий.

При использовании сырьевых силикатных смесей с граничными соотношениями компонентов (смеси 2, 3, 7 и 8, табл.1) полученные силикатные изделия практически сохраняют водостойкость и прочностные характеристики по сравнению с аналогичными свойствами прототипа.

В процессе нанесения защитной оболочки из молотой извести и кремнефтористого натрия на ядро заполнителя происходит взаимодействие компонентов оболочки с жидким стеклом, приводящее к быстрому росту прочности гранул заполнителя при температуре окружающей среды, что позволяет использовать его при приготовлении силикатных смесей без дополнительного энергоемкого температурного отверждения. В процессе автоклавной обработки заявляемых силикатных изделий в ядрах гранулированного заполнителя синтезируются водорастворимые силикаты натрия, которые, проникая сквозь защитную оболочку, обеспечивают чрезвычайно прочное сцепление заявляемых гранул с силикатной матрицей изделия.

Композиционный заполнитель по прототипу при введении его в состав силикатных стеновых изделий в процессе автоклавной обработки проявляет невысокую активность, в граничных зонах контакта не взаимодействует с силикатной матрицей по объему. При приложении внешней нагрузки (испытание прочности при сжатии и изгибе) разрушение этих строительных изделий происходит по границам контактов между данным заполнителем и силикатной матрицей, т.е. достаточно прочного сцепления его с силикатной матрицей, как у заявляемого гранулированного композиционного заполнителя, не наблюдается.

Получаемые по заявляемому способу силикатные стеновые изделия обладают, кроме того, улучшенными адгезионными свойствами по отношению к кладочным и штукатурным растворам.

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для получения силикатных стеновых изделий - силикатного кирпича, плиток, блоков, стеновых панелей, твердеющих при автоклавной обработке. Технический результат - повышение водостойкости и морозостойкости, уменьшение теплопроводности при сохранении прочностных показателей силикатных стеновых изделий, твердеющих при автоклавной обработке, снижение энергозатрат. Гранулированный композиционный заполнитель для силикатных стеновых изделий, изготовленный из композиции, включающей кремнеземсодержащий и известьсодержащий компоненты, выполнен в виде гранул размером 0,5-10,0 мм, состоящих из ядра и оболочки, где ядро получено гранулированием смеси совместно молотых до удельной поверхности 150-250 м²/кг кремнеземсодержащего компонента - трепела, диатомита, опоки и гидроксида щелочного металла при их массовом соотношении 0,70-0,95:0,05-0,30 со связкой - водным раствором силиката натрия плотностью 1,2-1,3 г/см³ в количестве 0,1-7,0% от смеси, а оболочка сформирована на поверхности ядра его скатыванием сухой пылевидной смесью совместно молотых негашеной извести и натрия кремнефтористого при их массовом соотношении 0,85-0,95:0,05-0,15, с последующим твердением до прочности не менее 2,1 МПа. Сырьевая смесь для изготовления силикатных стеновых изделий, включающая, мас.%: указанный выше заполнитель 5,0-40,0, негашеную известь 10,0-12,5, кварцевый песок 50,0-82,5. Способ получения силикатных стеновых изделий, включающий получение указанной выше сырьевой смеси путем перемешивания ее компонентов, увлажнение смеси до формовочной влажности, формование при давлении изделий и их автоклавную обработку. Силикатное стеновое изделие, характеризующееся тем, что оно получено указанным выше способом. 4 н.п. ф-лы, 2 табл.

1. Гранулированный композиционный заполнитель для силикатных стеновых изделий, изготовленный из композиции, включающей кремнеземсодержащий и известьсодержащий компоненты, отличающийся тем, что он выполнен в виде гранул размером 0,5-10,0 мм, состоящих из ядра и оболочки, где ядро получено гранулированием смеси совместно молотых до удельной поверхности 150-250 м²/кг кремнеземсодержащего компонента - трепела, диатомита, опоки и гидроксида щелочного металла при их массовом соотношении 0,70-0,95:0,05-0,30 со связкой - водным раствором силиката натрия плотностью 1,2-1,3 г/см³ в количестве 0,1-7,0% от смеси, а оболочка сформирована на поверхности ядра его скатыванием сухой пылевидной смесью совместно молотых негашеной извести и натрия кремнефтористого при их массовом соотношении 0,85-0,95:0,05-0,15 с последующим твердением до прочности не менее 2,1 МПа.

2. Сырьевая смесь для изготовления силикатных стеновых изделий, включающая заполнитель по п.1, негашеную известь и кварцевый песок при следующем соотношении компонентов, мас.%:
указанный заполнитель 5,0-40,0 негашеная известь 10,0-12,5 кварцевый песок 50,0-82,5

3. Способ получения силикатных стеновых изделий, включающий получение сырьевой смеси по п.2 путем перемешивания ее компонентов, увлажнение смеси до формовочной влажности, формование при давлении изделий и их автоклавную обработку.

4. Силикатное стеновое изделие, характеризующееся тем, что оно получено способом по п.3.