Сырьевая смесь для изготовления композиционного строительного материала Российский патент 2024 года по МПК C04B28/24 C04B28/26 C04B111/20 

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для изготовления конструкционно-теплоизоляционных бетонов для жилищного и гражданского строительства.

Известна композиция для изготовления теплоизоляционных и декоративных потолочных панелей, содержащая древесное волокно, высушенное до влажности 8-10%, жидкое стекло, кремнефтористый натрий, дробленые и отваренные в течение 15-45 минут в воде и высушенные до влажности 8-10% шишки деревьев хвойных пород при определенном соотношении компонентов, мас.% [RU 2327665 С1, МПК С04В 28/26 (2006.01), С04В 18/24 (2006.01), опубл. 2007].

Недостатком известной композиции является необходимость сбора шишек вручную.

Известна сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционно-конструкционного материала, включающая жидкое натриевое стекло из микрокремнезема с силикатным модулем 2÷3 и плотностью 1,2÷1,5 г/см³, кремнеземистый компонент – микрокремнезем, отвердитель – кремнефтористый натрий и золу-уноса от сжигания обезвоженных осадков очистных сооружений промстоков Усть-Илимского ЛПК в печах с кипящим слоем в качестве добавки при определенном соотношении компонентов, мас.% [RU 2317961 С1, МПК С04В 28/26 (2006.01), опубл. 2008].

Недостатком данной композиции является повышенная средняя плотность теплоизоляционно-конструкционного материала (800-900 кг/м³).

Известна сырьевая смесь для изготовления безобжигового теплоизоляционного материала на основе трепела Сухоложского месторождения Свердловской области, включающая вяжущее – суспензию, полученную перемешиванием трепела, размолотого до удельной поверхности 2000 м²/г, 40%-ного раствора едкого натра и воды в весовом соотношении 1:1,34:3,10, выдержкой при 95°С в течение 4 ч и охлаждением, кремнефтористый натрий, пенообразователь и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанная суспензия – 70,0-76,0, кремнефтористый натрий – 5,4-6,2, пенообразователь ПБ-2000 – 0,38-0,42, вода - остальное [RU 2561437 C1, МПК С04В 28/26 (2006.01), С04В 38/10 (2006.01), С04В 111/40 (2006.01), опубл. 2015].

Недостатком данной композиции являются низкие прочностные характеристики материала.

Известна сырьевая смесь для изготовления композиционного материала на основе опаловых пород, включающая кремнефтористый натрий, отходы деревообработки, суспензию, полученную перемешиванием размолотого трепела Сухоложского месторождения Свердловской области, 40%-го раствора едкого натра и воды в весовом соотношении 1:1,34:3,10 соответственно, с выдержкой в течение четырех часов при 95°С с последующим охлаждением, при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанная суспензия 47-53, кремнефтористый натрий 5-7, отходы деревообработки 42-46 [RU 2547534 C2, МПК С04В 28/26 (2006.01), С04В 18/26 (2006.01), опубл. 2015].

Недостатком данной композиции является повышенная средняя плотность композиционного материала (800 кг/м³).

Известна сырьевая смесь для изготовления композиционного материала на основе трепела Сухоложского месторождения Свердловской области, включающая вяжущее и отходы деревообработки, где смесь содержит в качестве вяжущего суспензию, полученную перемешиванием трепела, размолотого до удельной поверхности 2000 м²/г, 40%-ного раствора едкого натра и воды в весовом соотношении 1:1,34:3,10, выдержкой при 95°С в течение 4 ч и охлаждением, в качестве отходов деревообработки – щепу и дополнительно кремнефтористый натрий и микрокремнезем при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанная суспензия 47-55, кремнефтористый натрий 4-6, микрокремнезем 8-10, щепа 33-37 [RU 2561438 C1, МПК С04В 28/26 (2006.01), С04В 18/26 (2006.01), С04В 16/02 (2006.01), опубл. 2015].

Недостатком данной композиции является то, что щепа должна иметь длину не более 60 мм и толщину не более 30 мм.

Известна сырьевая смесь для изготовления композиционного материала на основе трепела Сухоложского месторождения Свердловской области и рубленой соломы, включающая кремнефтористый натрий, рубленую солому, микрокремнезем и суспензию, полученную перемешиванием размолотого до удельной поверхности 2000 м²/г трепела Сухоложского месторождения с 40%-ным раствором едкого натра и воды при их весовом соотношении 1:1,34:3,1 соответственно, выдержкой при 95°С в течение 4 часов и охлаждением, при следующем соотношении компонентов, мас.%: кремнефтористый натрий 7-9, рубленая солома 20-24, микрокремнезем 8-10, указанная суспензия 57-65 [RU 2553743 C1, МПК С04В 28/26 (2006.01), С04В 18/24 (2006.01), опубл. 2015].

Недостатком данной композиции является необходимость измельчения растительных остатков злаковых культур (соломы) до размера 30-70 мм.

За прототип взят патент № 2553735 «Композиционный материал на основе трепела Сухоложского месторождения Свердловской области и торфа Гусевского месторождения Тюменской области». Композиционный материал, полученный из смеси, включающей кремнефтористый натрий, микрокремнезем, торф Гусевского месторождения и суспензию, полученную перемешиванием размолотого до удельной поверхности 2000 м²/г трепела Сухоложского месторождения с 40%-ным раствором едкого натра и воды при их весовом соотношении 1:1,34:3,10 соответственно, выдержкой при 95°С в течение 4 ч и охлаждением, при следующем соотношении компонентов, мас.%: кремнефтористый натрий 7-9, микрокремнезем 7-10, указанный торф 26-29, указанная суспензия 52-60.

Недостатком данной композиции являются невысокие прочностные характеристики материала.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является удешевление производства стенового материала, утилизация лигнина, микрокремнезема и расширение ассортимента строительных материалов.

При осуществлении заявляемого технического решения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в возможности получения стеновых материалов с более высокими прочностными характеристиками за счет применения местного сырья и отходов промышленного производства (вторичного сырья).

Указанный технический результат достигается тем, что в сырьевой смеси для изготовления композиционного строительного материала на основе трепела Сухоложского месторождения Свердловской области, включающей кремнефтористый натрий, особенностью является то, что она дополнительно содержит в качестве наполнителей лигнин Тавдинского целлюлозно-бумажного комбината и микрокремнезем производства АО «Челябинский электрометаллургический комбинат» при следующем соотношении компонентов, мас.%: суспензия нерастворимого остатка трепела в растворе жидкого стекла – 52-60, кремнефтористый натрий – 7-9, микрокремнезем – 7-10 лигнин – 26-29.

В качестве вяжущего используют суспензию, получаемую гидротермальным выщелачиванием трепела Сухоложского месторождения Свердловской области раствором щелочи при 95°С.

Трепел Сухоложского месторождения Свердловской области содержит аморфный SiO₂ 61,0 мас.% и имеет следующий химический состав, мас.%: SiO_{2 общ.} 76,76; СаО 0,70; Al₂O₃ 7,74; MgO 1,17; Fe₂O₃ 4,75; FeO 0,99; MnO 1,17; TiO₂ 0,30; Na₂O+K₂O 0,98; SO₃ 0,15. Раствор щелочи – сорокапроцентный раствор технического едкого натра по ГОСТ 2263-79.

В качестве наполнителей используются лигнин с насыпной плотностью 610 кг/м³ и микрокремнезем с насыпной плотностью 200 кг/м³.

Химический состав микрокремнезема, мас.%: SiO₂ 90-92; Al₂O₃ 0,6-0,8; Fe₂O₃ 0,4-0,7; СаО 0,4-0,9; MgO 0,8-1,0; Na₂O 0,6-0,8; K₂O 1,2-1,4; С 0,9-1,2; S 0,2-0,3. Фракционный состав микрокремнезема, мас.%: <2,0 мкм 90,07; 2-2,36 мкм 1,01; 2,36-3,4 мкм 0,86; 3,4-5,4 мкм 1,37; 5,4-8,3 мкм 1,41; 8,3-15,3 мкм 2,66; 15,3-20,0 мкм 1,0; 20,0-46,3 мкм 1,06.

Введение лигнина совместно с микрокремнеземом в состав смеси способствует повышению механических характеристик композиционного строительного материала благодаря их низким насыпным плотностям.

Приготовление вяжущего осуществляют следующим образом: тщательно перемешивают размолотый до удельной поверхности 2000 м²/г трепел, раствор щелочи и воду в весовом соотношении 1:1,34:3,10 соответственно, после чего выдерживают в закрытом сосуде в течение четырех часов при 95°С. Жидкая фаза полученной суспензии представлена раствором жидкого стекла со следующими показателями: концентрация SiO₂ 160 г/л, силикатный модуль 1,37, плотность 1200 кг/м³.

Остывший до комнатной температуры продукт смешивают с кремнефтористым натрием, лигнином и микрокремнеземом в следующих пропорциях (мас.%):

- суспензия нерастворимого остатка трепела Сухоложского месторождения Свердловской области в растворе жидкого стекла – 52-60;

- кремнефтористый натрий – 7-9;

- микрокремнезем производства АО «Челябинский электрометаллургический комбинат» – 7-10;

- лигнин Тавдинского целлюлозно-бумажного комбината Свердловской области – 26-29.

Из полученной массы формуют изделия с последующей выдержкой в формах в течение 4 часов. Полученный композиционный строительный материал применяют в качестве стенового материала. Количественное соотношение компонентов в смеси и физико-механические характеристики предлагаемого материала приведены в таблице 1.

Сравнение физико-механических характеристик композиционного строительного материала и прототипа выполнено в таблице 2.

Таблица 1 – Содержание компонентов и физико-механические характеристики композиционного строительного материала

№ соства Содержание компонентов, мас.%: Физико-механические характеристики Суспензия Кремнефтористый натрий Микрокремнезем Лигнин Средняя плотность, кг/м³ Прочность при сжатии, МПа Прочность при изгибе, МПа Водопоглощение по массе, % Теплопроводность, Вт/(м*°К) Морозостойкость, не менее, циклы 1 52 9 10 29 650 5,5 3,8 35 0,132 25 2 56 8 9 27 700 7,2 4,6 28 0,142 25 3 60 7 7 26 750 6,7 4,3 30 0,140 25

Таблица 2 – Физико-механические характеристики композиционного строительного материала и прототипа.

Показатели Композиционный строительный материал Прототип Средняя плотность, кг/м³ 650 700 750 650 700 750 Прочность при сжатии, МПа 5,5 7,2 6,7 5,0 6,8 6,6 Прочность при изгибе, МПа 3,8 4,6 4,3 3,1 4,5 4,2

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для изготовления конструкционно-теплоизоляционных бетонов для жилищного и гражданского строительства. Сырьевая смесь для изготовления композиционного строительного материала содержит, мас.%: суспензию нерастворимого остатка трепела Сухоложского месторождения Свердловской области в растворе жидкого стекла 52-60, кремнефтористый натрий 7-9, микрокремнезем производства АО «Челябинский электрометаллургический комбинат» 7-10, лигнин Тавдинского целлюлозно-бумажного комбината Свердловской области 26-29. При этом суспензия получена перемешиванием размолотого до удельной поверхности 2000 м²/г трепела указанного выше месторождения с 40%-ным раствором едкого натра и воды при их весовом соотношении 1:1,34:3,1 соответственно, выдержкой при 95°С в течение 4 часов и охлаждением. Технический результат – повышение прочности строительного материала при сжатии и изгибе, утилизация промышленных отходов. 2 табл.

Сырьевая смесь для изготовления композиционного строительного материала, в состав которой входит суспензия нерастворимого остатка трепела Сухоложского месторождения Свердловской области в растворе жидкого стекла, полученная перемешиванием размолотого до удельной поверхности 2000 м²/г трепела Сухоложского месторождения с 40%-ным раствором едкого натра и воды при их весовом соотношении 1:1,34:3,1 соответственно, выдержкой при 95°С в течение 4 часов и охлаждением, кремнефтористый натрий, наполнитель – микрокремнезем, отличающаяся тем, что используют микрокремнезем производства АО «Челябинский электрометаллургический комбинат», и смесь дополнительно содержит в качестве наполнителя лигнин Тавдинского целлюлозно-бумажного комбината Свердловской области при следующем соотношении компонентов, мас.%:

суспензия нерастворимого остатка трепела Сухоложского месторождения Свердловской области в растворе жидкого стекла 52-60 кремнефтористый натрий 7-9 микрокремнезем производства АО «Челябинский электрометаллургический комбинат» 7-10 лигнин Тавдинского целлюлозно-бумажного комбината Свердловской области 26-29