СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПОРОСОДЕРЖАЩЕГО ГРАНУЛЯТА И ПОРОСОДЕРЖАЩЕГО ИСКУССТВЕННОГО КАМНЯ Российский патент 2023 года по МПК C04B38/08 C04B28/04 

Настоящее изобретение относится к способу производства поросодержащего гранулята, включающему производство вспененной массы с использованием песка, гидравлического вяжущего, пенообразователя и воды, заливку вспененной массы в заливочную форму, частичное отверждение массы в течение первого периода времени при атмосферном давлении с образованием сырого блока с первой целевой прочностью и извлечение сырого блока из формы. Полученный таким образом гранулят целесообразно использовать в качестве добавки при производстве искусственного камня. Таким образом, настоящее изобретение также относится к способу производства поросодержащего искусственного камня, который содержит гранулят в качестве добавки.

Гранулы часто используют в качестве добавок при производстве искусственного камня. Особый интерес в этом отношении представляет искусственный камень в области легких строительных материалов. При этом воздушные включения в искусственном камне могут быть созданы путем добавления гранул, содержащих поры, или непосредственно в самом искусственном камне. Настоящее изобретение, однако, касается первого из упомянутых.

Известная природная добавка с порами – пемза. Искусственно полученные поросодержащие грануляты, известные в данной области техники, представляют собой керамзит или сланец. Керамзит и сланец очень дороги в производстве и энергоемки из-за горения и расширения при температуре выше 1000°С. Кроме того, соответствующие изделия из искусственного камня обладают высоким водопоглощением. Сжимающееся поведение также является проблемой.

Пемза, с другой стороны, является натуральным продуктом и встречается только в определенных регионах, поэтому многие страны вынуждены импортировать ее по высокой цене. Кроме того, объемная плотность пемзы различается из-за естественного расширения, что проблематично для изделий, соответствующих стандартам.

Дальнейшее развитие известного и искусственно полученного гранулята может быть получено путем гранулирования пенобетона, как описано в описании патента AT 412 210 B. Это позволяет получить легкий, поросодержащий гранулят с низкими производственными затратами, который подходит в качестве добавки. Однако недостатком гранулята является то, что его необходимо несколько раз покрывать песчано-цементным раствором, чтобы закрыть внешние поры. В качестве еще одного недостатка было обнаружено, что при дроблении пенобетона на гранулы образуется значительная доля мелких зерен, которые нельзя использовать дальше, что увеличивает затраты.

Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы по меньшей мере частично преодолеть недостатки, упомянутые выше, и найти экономичные и надежные способы производства предпочтительных гранулятов, среди прочего, для производства бетонных изделий.

Чтобы решить вышеупомянутую проблему, настоящее изобретение предлагает в качестве первого аспекта способ производства поросодержащего гранулята, включающий следующие этапы:

a) производство вспененной массы с использованием песка, гидравлического вяжущего, пенообразователя и воды,

b) заливку вспененной массы в заливочную форму,

c) частичное отверждение массы в течение первого периода времени при атмосферном давлении с образованием сырого блока с первой целевой прочностью, и

d) извлечение сырого блока из формы.

Согласно изобретению способ дополнительно включает этапы:

e) разделение сырого блока на по меньшей мере два подблока,

f) дальнейшее отверждение подблоков в течение второго периода времени при атмосферном давлении до достижения второй целевой прочности, и

g) разбивание подблоков с образованием поросодержащего гранулята с желаемым распределением частиц по размерам.

Гранулят, полученный способом согласно изобретению, обладает особенно хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами. Двухступенчатый этап измельчения в соответствии с изобретением и дальнейшее отверждение материала при этом дают большое преимущество, заключающееся в том, что в целом получается значительно более низкая фракция мелких зерен, которую считают ломом, по сравнению с ранее известными способами. Различная кинетика отверждения, вызванная этой процедурой, имеет решающее значение, поскольку шероховатые подблоки отверждаются быстрее, чем сырые блоки. Последующее разбивание подблоков приводит к удивительно низкому количеству мелкого зерна.

Кроме того, было обнаружено, что покрытие гранулята, которое все еще явно требуется в AT 412 210 B, не является абсолютно необходимым и что отказ от покрытия даже имеет преимущества в отношении связывания гранулята с матрицей субстрата в искусственном камне.

Дополнительные преимущества гранулята, полученного согласно изобретению, касаются устойчивости. Этот способ позволяет производить легкий, очень хорошо изолирующий гранулят без тепловой энергии/обжига, без выбросов CO2. Нет необходимости в рекультивации участков добычи, как, например, в случае с пемзой. Для производства гранулята используют природные пески. Однако также можно использовать мелкий песок, который образуется после дробления горных пород и в противном случае требует больших затрат на возврат. В пустынных районах может быть использован дюнный песок, который там имеется в достаточном количестве. Этот песок пока нельзя использовать для производства бетона, но его можно без ограничений использовать в способе согласно изобретению. Это означает, что так называемое “воровство морского песка”, которое является проблематичным в азиатских и африканских регионах, может быть сокращено или даже остановлено.

Кроме того, гранулят, полученный в соответствии с изобретением, может быть использован в качестве строительного материала с высокой теплоизоляцией и воздухопроницаемостью. Это приводит к экономии энергии в зданиях (затраты на кондиционирование воздуха/отопление), а также к здоровому климату в помещении и доме благодаря воздухопроницаемости стен.

Производство вспененной массы по изобретению с использованием песка, гидравлического вяжущего, пенообразователя и воды может быть осуществлено различными способами. В соответствии с предпочтительным вариантом сначала из пенообразователя и воды получают пену, которую затем смешивают или предпочтительно погружают в смесь песка, гидравлического вяжущего и, при необходимости, дополнительного количества воды. Однако гидравлическое вяжущее также может быть включено в способ производства пены, так что суспензию пены и гидравлического вяжущего окончательно смешивают с песком или смесью песок/вода.

Пенообразователи, используемые в способе согласно изобретению, известны специалисту, например, из производства обычного пенобетона. Они состоят в основном из поверхностно-активных веществ и белков. Выбор пенообразователя особо не ограничен.

В процессе вспенивания объем исходной смеси предпочтительно увеличивают в 6-8 раз. Вспенивание достигают известными способами, например с помощью пенного пистолета.

Согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения способа согласно изобретению первый период времени отверждения короче второго периода времени отверждения.

Предпочтительно первый период отверждения составляет от 5 до 36 часов, более предпочтительно от 8 до 32 часов, еще более предпочтительно от 16 до 24 часов. Первый период отверждения можно варьировать в зависимости от размера формы, выбранной для сырого блока.

Еще более предпочтительным является второй период времени отверждения от 4 до 10 дней, предпочтительно от 6 до 8 дней.

В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения способа по изобретению частичное отверждение массы на этапе c) проводят в сухой атмосфере.

В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения способа согласно изобретению подблоки, полученные на этапе e), имеют средний объем от 1 дм3 до 100 дм3.

В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения способа согласно изобретению дальнейшее отверждение подблоков на этапе f) проводят при температуре окружающей среды и влажности окружающей среды. Желательно следить за тем, чтобы частичные блоки не намокали. Если частичные блоки хранят на открытом воздухе, необходимо установить защиту от дождя.

В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения способа согласно изобретению разбивание отвержденных подблоков с образованием поросодержащего гранулята на этапе g) проводят с возвратом зерна большего размера. Это увеличивает долю фракции желаемого размера зерна. Известным специалисту способом дробленое зерно еще слишком крупного размера подают обратно в процесс дробления. Окончательный размер зерна или распределение размера зерна особо не ограничены и могут варьироваться в зависимости от типа использования. Предпочтительные фракции размера зерна составляют от 0.5 до 2 мм, от 2 до 6 мм и от 6 до 12 мм.

Выбор используемого песка особо не ограничен. Согласно предпочтительному варианту выполнения способа согласно изобретению песок, используемый для производства вспененной массы, содержит песок пустыни, известковый песок, кварцевый песок, диабазовый песок, габбро-песчаник и/или базальтовый песок.

Согласно предпочтительному варианту выполнения способа согласно изобретению гидравлическое вяжущее, используемое для производства вспененной массы, содержит цемент, предпочтительно портландцемент. Подходящие типы цемента могут быть выбраны специалистом в соответствии с предполагаемой областью использования гранулята. Предпочтительными типами являются, например, CEM I 42.5 R/N и CEM I 52.5 R/N.

В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения способа согласно изобретению для производства вспененной массы дополнительно используют каменную муку, фильтровальную пыль, шлак и/или летучую золу. Другими предпочтительными добавками являются волокна, такие как изоляционная шерсть, и абсорбенты.

В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения способа согласно изобретению заливочную форму, используемую на этапе b), заполняют вспененной массой до максимальной высоты 100 см, предпочтительно до 60 см. Если высота заполнения слишком велика, поры могут быть очень неравномерно распределены в материале из-за сильного градиента давления.

Настоящее изобретение предлагает в качестве второго аспекта способ производства поросодержащего искусственного камня, который осуществляют с использованием в качестве добавки гранулята, полученного по одному из вышеупомянутых вариантов выполнения изобретения или, соответственно, одному из предпочтительных вариантов выполнения. В самом простом случае гранулят смешивают с еще жидким бетоном в бетономешалке.

Искусственный камень, полученный согласно изобретению, имеет ряд преимуществ перед известными поросодержащими искусственными камнями, такими как газобетон или ячеистый бетон. Газобетон или ячеистый бетон, например, производят в сложном и энергоемком процессе с использованием автоклавирования. Сырцовые полуфабрикаты обычно закаливают при 190°C под давлением 12 бар в течение примерно 16 часов под паром в автоклаве. С одной стороны, стоимость продукта очень высока, с другой стороны, газобетон может быть использован только для определенных целей, например, из-за достижимых показателей прочности и теплоизоляции, а также водопоглощения.

Кроме того, размеры производимых изделий ограничены производственным способом. По этой причине в настоящее время на рынке нет сборных железобетонных элементов больших размеров, таких как стеновые элементы из легкого бетона. Однако с помощью гранулята согласно изобретению, кроме бетонных блоков стандартных размеров, могут быть экономично и надежно произведены крупногабаритные сборные элементы размерами более 1 м на 1 м, например для стен.

В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения способа в соответствии с изобретением с помощью этого способа получают легкий бетонный искусственный камень, компонент легкого бетона и/или крупногабаритный сборный элемент из легкого бетона.

В контексте настоящего изобретения термин “искусственный камень” содержит соединения, связанные с минералами или смолами, которые производят с добавками, например, песка, щебня или другого подобного измельченного зерна или гранулята. Под искусственным камнем также следует понимать переработанный жидкий бетон, которому придана любая форма, например бетонные стены или полы, отлитые на строительной площадке.

Крупногабаритный сборный элемент относится к таким компонентам, как стена. Таким образом, в целом крупногабаритный сборный элемент можно понимать как элемент с минимальными размерами 1 м на 1 м.

Нет особых ограничений относительно того, какая прочность подпадает под термины первая и вторая целевые прочности. Поскольку, как уже выражает термин целевая прочность, определение целевого значения, т.е. прочности, которая должна быть достигнута, находится в компетенции соответствующего квалифицированного специалиста, осуществляющего способ. Тем не менее, первая целевая прочность должна быть выбрана достаточно большой, чтобы сырой блок не развалился во время извлечения из формы.

В контексте настоящего изобретения атмосферное давление означает давление, присутствующее в окружающей среде, то есть отсутствие необходимости в каких-либо мерах по изменению давления, таких как автоклавирование.

Соответственно, термины “температура окружающей среды” и “влажность окружающей среды” следует понимать как температуру или влажность окружающей среды. Окружающая среда также предпочтительно может находиться на открытом воздухе, т.е. вне зданий.

В контексте настоящего изобретения сухая атмосфера означает атмосферу с влажностью воздуха, достаточно низкой, чтобы вода, содержащаяся в сыром блоке, испарялась. Подходящую атмосферу для сушки можно создать и поддерживать, например, с помощью сушильных камер, известных специалисту в данной области техники.

Разделение сырого блока означает, среди прочего, разбивание и/или разрезание сырого блока до промежуточного размера. Это увеличивает поверхность материала сырого блока, что ускоряет высыхание и дальнейшее отверждение материала. Еще одно неожиданное преимущество, как описано выше, также заключается в том, что окончательное измельчение до желаемого размера зерна дает значительно меньше мелких частиц.

В качестве примера способ настоящего изобретения может быть осуществлен таким образом, что мелкий песок вспенивают до 6-8-кратного объема с помощью воды, гидравлического вяжущего и поверхностно-активных веществ, хранят и затем измельчают в 2 этапа и просеивают на фракции соответствующего размера. Полученный гранулят может быть использован в качестве облегченной добавки для бетонной промышленности в широком диапазоне применений.

Мелкий песок, вода и цемент смешивают. В смесь с помощью пенного пистолета добавляют ПАВ до получения кремообразной массы с пористостью около 80%.

Далее следует разгрузка, транспортировка и частичное отверждение. Затем смесь соответствующим образом выливают в емкости, которые можно временно хранить, например, в системе стеллажей, чтобы сэкономить место и дать массе затвердеть заранее. Способ наполнения ванн, геометрическая форма и высота ванны оказывают существенное влияние на свойства отвержденной массы. Также с экономической точки зрения размеры ванны в этом варианте составляют от 2500 мм до 3000 мм при высоте 600 мм.

После хранения в камере отверждения, которая является сушильной камерой, баки извлекают из камеры, например, с помощью транспортной тележки и доставляют на станцию извлечения из формы. На первом этапе одну полную ванну за другой можно фиксировать с помощью поворотного устройства, а на втором этапе ее можно поворачивать и, например, опрокидывать на стол для извлечения из формы, так что отвержденную пенную массу высвобождают из ванны.

На следующем этапе извлекаемый из формы пенопласт предварительно измельчают или разрезают на подблоки с помощью дробильного агрегата. Подблоки временно хранят около одной недели, в течение которых они продолжают отверждаться. В течение этого времени процесс гидравлического отверждения обеспечивает достижение подблоками необходимой прочности, чтобы предварительно измельченные подблоки можно было затем измельчить с помощью стандартного дробильного агрегата для получения гранулята.

Этот гранулят является промежуточным продуктом, который теперь может быть использован для широкого спектра применений, особенно в качестве добавки для производства бетонных блоков (например, теплоизоляционных кладочных блоков).

Кроме того, он также может быть использован для теплоизоляционных штукатурок и растворов, легкого бетона с высокой прочностью и высокой теплоизоляцией, для теплоизоляции в потолках самых верхних этажей в здании, для заполнения под полами, для заполнения в геотехническом секторе или для шумозащитных экранов.

Гранулят особенно подходит для крупногабаритных сборных элементов из легкого бетона. Плотность искусственного камня, полученного из гранулята, может варьироваться от 350 кг/м³ до 900 кг/м³, в зависимости от относительного количества гранулята.

Настоящее изобретение относится к способу производства поросодержащего гранулята, который используется в способе производства поросодержащего искусственного камня в качестве добавки. Способ производства поросодержащего гранулята содержит следующие этапы: a) производство вспененной массы с использованием песка, гидравлического вяжущего, пенообразователя и воды, b) заливку вспененной массы в заливочную форму, c) частичное отверждение массы в течение первого периода времени при атмосферном давлении с образованием сырого блока, имеющего первую целевую прочность, и d) извлечение сырого блока из формы, при этом способ включает дополнительные этапы: e) разделение сырого блока на по меньшей мере два подблока, f) дальнейшее отверждение подблоков в течение второго периода времени при атмосферном давлении до достижения второй целевой прочности. Первый период времени отверждения короче второго периода времени отверждения. После второго периода отверждения при атмосферном давлении осуществляют g) разбивание подблоков с образованием поросодержащего гранулята с желаемым распределением частиц по размерам. Достигаемый технический результат – снижение брака получаемого гранулята, за счет снижения содержания низкой фракции мелких зерен - лома. 2 н. и 11 з.п. ф-лы.

1. Способ получения гранулята, содержащего поры, включающий следующие этапы:

a) производство вспененной массы с использованием песка, гидравлического вяжущего, пенообразователя и воды,

b) заливку вспененной массы в заливочную форму,

c) частичное отверждение массы в течение первого периода времени при атмосферном давлении с образованием сырого блока с первой целевой прочностью; и

d) извлечение сырого блока из формы,

отличающийся тем, что

способ включает следующие дополнительные этапы:

e) разделение сырого блока на по меньшей мере два подблока,

f) дальнейшее отверждение подблоков в течение второго периода времени при атмосферном давлении до тех пор, пока не будет достигнута вторая целевая прочность, при этом первый период времени отверждения короче второго периода времени отверждения, и

g) разбивание подблоков с образованием поросодержащего гранулята с желаемым распределением частиц по размерам.

2. Способ по п. 1,

отличающийся тем, что

первый период отверждения составляет от 5 до 36 ч, предпочтительно от 8 до 32 ч, более предпочтительно от 16 до 24 ч.

3. Способ по п. 1 или 2,

отличающийся тем, что

второй период отверждения составляет от 4 до 10 дней, предпочтительно от 6 до 8 дней.

4. Способ по любому из пп. 1-3,

отличающийся тем, что

частичное отверждение массы на этапе c) проводят в сухой атмосфере.

5. Способ по любому из пп. 1-4,

отличающийся тем, что

подблоки, полученные на этапе e), имеют средний объем от 1 до 100 дм³.

6. Способ по любому из пп. 1-5,

отличающийся тем, что

дальнейшее отверждение подблоков на этапе f) проводят при температуре окружающей среды и влажности окружающей среды.

7. Способ по любому из пп. 1-6,

отличающийся тем, что

разбивание отвержденных подблоков на поросодержащий гранулят этапа g) проводят с возвратом зерна большего размера.

8. Способ по любому из пп. 1-7,

отличающийся тем, что

песок, используемый для производства вспененной массы, включает песок пустыни, известковый песок, кварцевый песок, диабазовый песок, габбровый песок и/или базальтовый песок.

9. Способ по любому из пп. 1-8,

отличающийся тем, что

гидравлическое вяжущее, используемое для производства вспененной массы, включает цемент, предпочтительно портландцемент.

10. Способ по любому из пп. 1-9,

отличающийся тем, что

дальнейшее использование каменной муки, фильтровальной пыли, шлака и/или летучей золы для производства вспененной массы.

11. Способ по любому из пп. 1-10,

отличающийся тем, что

заливочную форму, используемую на этапе b), заполняют вспененной массой до максимальной высоты 100 см, предпочтительно до 60 см.

12. Способ производства поросодержащего искусственного камня,

отличающийся тем, что

способ осуществляют с использованием в качестве добавки гранулята, полученного по одному из предыдущих пунктов.

13. Способ по п. 12,

отличающийся тем, что

способ используется для производства легкого бетона, искусственного камня, компонента легкого бетона и/или крупногабаритного сборного элемента из легкого бетона.