способ изготовления конструкционно-теплоизоляционного материала

Классы МПК:C04B28/26 силикаты щелочных металлов
C04B111/20 сопротивление химическому, физическому или биологическому воздействию
C04B111/40 пористые или легковесные материалы
Автор(ы):, , , , ,
Патентообладатель(и):федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Министерства обороны Российской Федерации (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-11-08
публикация патента:

Изобретение относится к производству конструкционно-теплоизоляционных материалов. Способ изготовления конструкционно-теплоизоляционного материала состоит в том, что силикат-глыбу измельчают до удельной поверхности 2500 см2/г, смешивают ее с модификатором, упрочняющей добавкой в виде портландцемента, вспенивающим реагентом в виде перекиси водорода и водой затворения, заливают в форму изделия и далее проводят тепловую обработку изделия токами СВЧ в течение 15 минут при температуре 300°С, при этом в качестве модификатора используют суперпластификатор С-3, а в качестве дополнительной упрочняющей добавки - базальтовую микрофибру при следующем соотношении компонентов смеси, мас.%: указанная силикат-глыба 62-64, суперпластификатор С-3 0,01-0,012, портландцемент 10-12, базальтовая микрофибра 0,04-0,1, перекись водорода 0,5-0,7, вода затворения 25. Технический результат - улучшение физико-механических свойств. 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области производства строительных материалов, а именно к производству теплоизоляционных конструкционных материалов. Предложенный способ предназначен для изготовления теплоизоляционных изделий с минимальными энергозатратами и временем при приемлемых теплофизических (прочностных, звукоизоляционных, теплоизоляционных и т.д.) характеристиках, в том числе и при знакопеременных температурных воздействиях.

Известны способы получения сырьевых смесей для изготовления теплоизоляционного материала по авторскому свидетельству СССР № 272879, 1967 г., МПК С04В 38/08 - [1] и по авторскому свидетельству СССР № 1282468, 1985 г., МПК С04В 38/02 - [2].

Недостатком аналогов является то, что получаемые по ним теплоизоляционные материалы обладают низкой прочностью при сжатии, высокими пожароопасностью и водопоглощением.

Также известен «Способ получения сырьевых смесей для изготовления теплоизоляционного материала» по авторскому свидетельству СССР № 1396511, 1993 г., МПК С04В 38/02, С04В 28/26 - [3], включающий перемешивание тонкомолотой силикат-глыбы 100 мас.ч., кремнефтористого натрия 18-20 мас.ч., порообразователя 5-10 мас.ч., минерального наполнителя 8-16 мас.ч. и вспенивающегося полистирола 20-30 мас.ч., загрузку смеси в форму и последующее вспенивание, причем сначала гранулы вспенивающего полистирола перемешивают с 16-24 мас.ч. водного раствора силиката натрия плотностью 1,3-1,5 г/см 3, затем вводят тонкомолотую силикат-глыбу, после чего в полученную смесь вводят остальные компоненты и перемешивают. Другими словами, способ изготовления теплоизоляционного конструкционного материала состоит в измельчении силикат-глыбы, смешивании ее с модификатором, упрочняющей добавкой, вспенивающим реагентом и водой затворения и последующей тепловой обработке.

Способ позволяет повысить прочность (на сжатие) полученного теплоизоляционного материала, а также снизить его пожароопасность и водопоглощение. Однако можно указать на следующие недостатки аналога [3]:

во-первых, использование полистирола значительно уменьшает пожаростойкость теплоизоляционного материала, получаемого из смеси;

во-вторых, большие энергозатраты на тепловую обработку;

в-третьих, повышенная трудоемкость технологии последовательного смешивания компонентов смеси (обязательным является первоначальное перемешивание гранул пенополистирола с водным раствором силиката натрия).

Указанные недостатки решаются в прототипе заявляемого изобретения - заявке: «Способ изготовления теплоизоляционного конструкционного материала» № 2007121986 от 20.12.2008 г., МПК С04В 28/00 - [4], включающий измельчение силикат-глыбы, смешивание ее с модификатором, упрочняющей добавкой, вспенивающим реагентом и водой затворения и последующую тепловую обработку, при этом измельчение силикат-глыбы осуществляют до удельной поверхности 2500 см2/г, в качестве модификатора используют лигносульфонат, в качестве упрочняющей добавки - портландцемент, в качестве вспенивающего реагента - перекись водорода, при следующем соотношении компонентов смеси, мас.%: указанная силикат-глыба 62-64, лигносульфонат 0,04-0,06, портландцемент 5-7, перекись водорода 0,5-0,7, вода затворения 30, тепловую обработку изделия осуществляют токами СВЧ в течение 15 минут при температуре 300°С.

Недостатком прототипа является то, что применение в нем лигносульфоната не обеспечивает хорошей растекаемости, требуется больше воды затворения, что существенно ухудшает его физико-механические свойства. Кроме того, прототип обладает сравнительно низкой прочностью на растяжение (изгиб, скалывание), а также низкими динамической прочностью и работой разрушения.

Указанные недостатки аналогов и прототипа ставят задачи по улучшению растекаемости предложенного конструкционно-теплоизоляционного материала и его физико-механических свойств. В частности, существенного увеличения прочности на растяжение (на изгиб, скалывание и т.д.), а также на увеличение динамической прочности и работы разрушения.

Указанные задачи решаются тем, что в способе изготовления конструкционно-теплоизоляционного материала, состоящем в том, что силикат-глыбу измельчают до удельной поверхности 2500 см 2/г, смешивают ее с модификатором, упрочняющей добавкой в виде портландцемента, вспенивающим реагентом в виде перекиси водорода и водой затворения, заливают в форму изделия и далее проводят тепловую обработку изделия токами СВЧ в течение 15 минут при температуре 300°С, в качестве модификатора используют суперпластификатор С-3, а в качестве дополнительной упрочняющей добавки используют базальтовую микрофибру при следующем соотношении компонентов смеси, мас.%:

указанная силикат-глыба 62-64
суперпластификатор С-3 0,01-0,012
портландцемент 10-12
базальтовая микрофибра0,04-0,1
перекись водорода0,5-0,7
вода затворения25

При этом так же, как и в прототипе, в состав смеси входят только негорючие материалы, а сам процесс идет при сравнительно невысоких температурах и времени обработки материала.

Кроме того, известен «Восстановленный строительный элемент» по патенту на полезную модель РФ № 79579 от 06.06.2008 г., МПК E02D 37/00, E02G 23/02 - [5], строительная смесь которого в своем составе содержит суперпластификатор С-3 и фибру, в том числе и из стальных волокон. Однако аналог [5] предназначен для других целей, имеет высокую теплопроводность, в том числе и из-за высокой теплопроводности фибры из стальных волокон.

Известный аналог: «Многослойная наружная стеновая панель» по патенту на полезную модель РФ № 81742 от 27.03.2009 г., МПК Е02С 2/06 - [6], строительная смесь, из которой она изготовлена, в своем составе содержит полистиролбетон, армированный фиброй, в том числе и базальтовой. Как недостаток аналога [6] следует отметить, что входящий в его состав полистирол горюч и при этом применение такого состава в строительных конструкциях сильно ограничено.

Известный аналог: «Смесь для пенобетона» по патенту РФ № 2306300 от 20.09.2007 г., МПК С04В 38/10 - [7], содержит в своем составе базальтовую фибру, но в остальном имеет совсем другие компоненты, чем в заявляемом техническом решении. При этом как недостаток аналога [7] можно отметить его низкую прочность.

Также известен аналог: «Способ изготовления пенокерамических изделий» по патенту РФ № 2251540 от 10.05.2005 г., МПК С04В 38/02 - [8], содержащий в своем составе базальтовую фибру, но при его изготовлении необходим высокотемпературный обжиг при температуре 940÷980°С, а это требует высокие энергозатраты на производство изделий и, как следствие, приводит к резкому увеличению их стоимости.

Таким образом, реализация предложенного способа изготовления конструкционно-теплоизоляционного материала заключается в следующем:

силикат-глыбу измельчают в шаровой мельнице до образования частиц с поверхностью 2500 см2/г, смешивают с упрочняющей добавкой (портландцементом), модификатором (суперпластификатором С-3), базальтовой микрофиброй, вспенивающим агентом (перекисью водорода) и водой затворения и помещают смесь в форму. Форма со смесью подвергается тепловой обработке токами сверхвысокой частоты (СВЧ) при t=300°С и времени обработки 15 минут.

По предложенному способу приготовления нового конструкционно-теплоизоляционного материала была проведена серия экспериментов на опытном производстве. При этом состав смеси для конструкционного теплоизоляционного материала брался согласно формуле заявляемого изобретения.

Один из вариантов выполнения «Конструкционно-теплоизоляционного материала» в составе ингредиентов приведен в следующем единичном соотношении, мас.%:

указанная силикат-глыба 63
суперпластификатор С-3 0,01
портландцемент 11,29
базальтовая микрофибра 0,1
перекись водорода0,6
вода затворения25

Результаты проведенных экспериментов на опытном производстве по производству конструкционно-теплоизоляционного материала:

плотность: 398-417 кг/м3;

предел прочности при сжатии: 2,5-4,5 МПа;

теплопроводность: 0,085-0,098 Вт/(м·К).

Проведение тепловой обработки смеси полем токов СВЧ создает условия равномерного нагрева и вспучивания смеси компонентов. Обеспечивается равномерность пористой структуры изготавливаемого конструкционно-теплоизоляционного материала и его качества (стабильности его теплофизических свойств).

Также в предложенном способе исключен промежуточный процесс варки жидкого стекла и введена тепловая обработка токами СВЧ при t=300°С. Известные способы аналоги (из негорючих материалов) включают тепловую обработку при температурах, равных 1000-1200°С, и времени обработки в течение ~9 часов.

Сравнительные энергозатраты на производство известных строительных конструкционно-теплоизоляционных материалов и по предлагаемому способу изготовления конструкционно-теплоизоляционного материала приведены в таблице 1.

Таблица 1
Сравнительные энергозатраты
№ п/пНаименование материала Энергозатраты, кВт/м3
1Минеральная вата 10000
2 Пенобетон, газобетон1700
3Кирпич 500
4Древесина 180
5 Предложенный конструкционно-теплоизоляционный материал190

Таким образом, реализация предложенного способа позволит достичь существенного улучшения растекаемости предложенного конструкционно-теплоизоляционного материала и его физико-механических свойств. В частности, увеличения прочности на растяжение (на изгиб, скалывание и т.д.), а также на увеличение динамической прочности и работы на разрушение. При этом энергозатраты и трудоемкость производства конструкционно-теплоизоляционных изделий при их приемлемых теплофизических характеристиках будут на минимальном уровне.

Использование базальтовой микрофибры в малом количестве позволит существенно увеличить прочность (в том числе и динамическую) изделий и работу на их разрушение, то есть их физико-механические свойства. Уменьшение количества воды затворения дополнительно увеличивает прочность готовых изделий и уменьшает энергозатраты на удаление излишней влаги при тепловой обработке. При этом обработка токами СВЧ позволяет получить температуру внутри изделия выше, чем на поверхности, что способствует равномерному нагреву и выделению излишней влаги и газов по всему объему изделия. Это приведет к образованию равномерной пористой структуры изделия. Равномерный состав и пористость теплоизоляционного изделия обеспечивают одинаковые прочностные и теплофизические и другие характеристики по всему объему материала, а также позволяют его использовать как облицовочный, так и в качестве элементов несущих и самонесущих конструкций, в качестве заполнения строительных конструкций.

Использование принципиально новой исходной смеси, обеспечивающей получение нового конструкционно-теплоизоляционного материла при сравнительно низких температурах (t=300°C) и тепловой обработкой ее в поле токов СВЧ позволяет получить равномерные физико-механические характеристики по всей массе изделия при минимальном времени обработки.

Элементы строительных конструкций, изготовленные по предложенному способу, можно использовать для многоэтажного строительства как ограждающие и самонесущие, а для малоэтажного строительства - как несущие и ограждающие.

Изготовленные элементы строительных конструкций, в которых применялись блоки из предложенного конструкционно-теплоизоляционного материала, эксплуатируются с 2008 года без видимых признаков деструкции последних.

Реализация способа изготовления конструкционно-теплоизоляционного материала в совокупности признаков формулы изобретения является новым для способов изготовления теплоизоляционных материалов, что соответствует критерию"новизна".

Вышеприведенная совокупность признаков не известна в настоящее время из уровня техники и не следует из общеизвестных правил, способов изготовления конструкционно-теплоизоляционных материалов, и это доказывает соответствие критерию "изобретательский уровень".

Реализация предложенного способа изготовления конструкционно-теплоизоляционного материала с указанной совокупностью существенных признаков не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, отсюда следует соответствие критерию "промышленная применимость".

Список использованных источников

1. Авторское свидетельство СССР № 272879, 1967 г., МПК С04В 38/08.

2. Авторское свидетельство СССР № 1282468, 1985 г., МПК С04В 38/02.

3. Авторское свидетельство СССР № 1396511, 1993 г., МПК С04В 38/02, С04В 28/26.

4. Прототип - заявка на изобретение № 2007121986 от 20.12.2008 г., МПК С04В 28/00.

5. Патент на полезную модель РФ № 79579 от 06.06.2008 г., МПК E02D 37/00, E02G 23/02.

6. Патент на полезную модель РФ № 81742 от 27.03.2009 г., МПК Е02С 2/06.

7. Патент РФ № 2306300 от 20.09.2007 г., МПК С04В 38/10.

8. Патент РФ № 2251540 от 10.05.2005 г., МПК С04В 38/02.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ изготовления конструкционно-теплоизоляционного материала, заключающийся в том, что силикат-глыбу измельчают до удельной поверхности 2500 см2/г, смешивают ее с модификатором, упрочняющей добавкой в виде портландцемента, вспенивающим реагентом в виде перекиси водорода и водой затворения, заливают в форму изделия и далее проводят тепловую обработку изделия токами СВЧ в течение 15 минут при температуре 300°С, отличающийся тем, что в качестве модификатора используют суперпластификатор С-3, а в качестве дополнительной упрочняющей добавки используют базальтовую микрофибру при следующем соотношении компонентов смеси, мас.%:

указанная силикат-глыба 62-64
суперпластификатор С-3 0,01-0,012
портландцемент 10-12
базальтовая микрофибра0,04-0,1
перекись водорода0,5-0,7
вода затворения25


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2524364

patent-2524364.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C04B28/26 силикаты щелочных металлов

Патенты РФ в классе C04B28/26:
способ получения стеклокерамзита и порокерамики из трепелов и опок -  патент 2528814 (20.09.2014)
тепло- шумовлагоизолирующий термостойкий материал и способ его изготовления -  патент 2526449 (20.08.2014)
сырьевая смесь для изготовления оболочки крупного заполнителя, используемого при оформлении цветников и клумб -  патент 2525410 (10.08.2014)
сырьевая смесь для изготовления материала, имитирующего природный камень -  патент 2508267 (27.02.2014)
огнезащитная композиция для воздуховодов "файрекс-300" -  патент 2506250 (10.02.2014)
способ изготовления теплоизоляционных изделий -  патент 2504526 (20.01.2014)
способ получения теплоизоляционного материала -  патент 2504525 (20.01.2014)
способ изготовления строительных изделий -  патент 2502697 (27.12.2013)
теплоизоляционный материал и способ его изготовления -  патент 2501761 (20.12.2013)
способ получения кислотостойкого бетона -  патент 2500656 (10.12.2013)

Класс C04B111/20 сопротивление химическому, физическому или биологическому воздействию

Класс C04B111/40 пористые или легковесные материалы

Патенты РФ в классе C04B111/40:
состав для теплоизоляции строительных конструкций -  патент 2525536 (20.08.2014)
сырьевая смесь для изготовления кирпича -  патент 2513463 (20.04.2014)
сырьевая смесь для изготовления пористого теплоизоляционного материала -  патент 2497774 (10.11.2013)
способ приготовления газообразователя для поризации гипсовых смесей -  патент 2478595 (10.04.2013)
легкие цементирующие композиции и строительные изделия и способы их изготовления -  патент 2470884 (27.12.2012)
способ получения ячеистого строительного материала -  патент 2464251 (20.10.2012)
способ получения конструкционно-теплоизоляционного строительного материала на основе алюмосиликатных микросфер -  патент 2455253 (10.07.2012)
способ получения теплоизоляционно-конструкционного строительного материала -  патент 2448071 (20.04.2012)
способ изготовления арболита -  патент 2439036 (10.01.2012)
состав смеси для получения теплоизоляционного материала -  патент 2439024 (10.01.2012)


Наверх