шихта для изготовления пеностекла

Формула изобретения

ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕНОСТЕКЛА, включающая, мас.

Цеолитсодержащий туф 99,75 99,85

Карбид кремния 0,15 0,25

отличающаяся тем, что используют цеолитсодержащий туф со следующим гранулометрическим составом, мас.

Частицы размером менее 1 мм 40 90

Частицы размером 5 100 мм 10 60

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано в строительной индустрии как легкий строительный, конструкционно-теплоизоляционный и декоративный материал.

Наиболее близкой к предлагаемой является шихта для изготовления пеностекла, содержащая, мас.

Цеолитсодержа- щий туф 99,75-99,85 Карбид кремния 0,15-0,25

Цеолитсодержащий туф измельчается лишь до прохождения через сито с отверстием 1 мм. Это значительно уменьшает энергозатраты на измельчение по сравнению с использованием стекольного порошка, при этом также значительно повышается прочность пеностекла. Возможность использовать порошок цеолитсодержащей породы такого зернового состава связана с особенностями кристаллохимических свойств цеолитов.

Цеолиты представляют собой каркасные алюмосиликаты, избыточный отрицательный заряд алюмокремнекислородного каркаса нейтрализуется канальными катионами Na, K, Ca, Mg и др.

Так как микрокристаллы цеолита (0,5-10 мкм) распределены равномерно в породе, то и катионы, являющиеся плавнями в системе SiO₂-Al₂O₃, имеют однородное распределение. Это приводит в целом к высокой реакционной способности системы, быстрому и равномерному распределению расплава по объему материала и равномерному взаимодействию газообразователя с компонентами стекла с выделением газообразных продуктов. Такая структурная особенность цеолита и размеры его микрокристаллов позволяют использовать порошок породы значительно более грубого зернового состава, чем при использовании стеклянного порошка, что снижает энергозатраты на измельчение, однако они остаются еще достаточно значительными в общей сумме энергозатрат на производство пеностекла.

Недостатком этой шихты является также то, что из нее можно изготавливать пеностекло с пределом прочности на сжатие 9,5-11,6 МПа. Это выше, чем у пеностекла, изготовленного из стекольного порошка или других компонентов, однако недостаточно для применения в некоторых областях строительства. В основном эти ограничения касаются, например, несущих конструкций зданий.

Кроме того, цвет пеностекла, изготовленного из такой шихты, зависит от примесей, находящихся в конкретной породе. Например, породы Шивыртуйского месторождения дает светлые однородные тона пеностекла, а Середочного коричневые. Такое пеностекло можно использовать в декоративных целях для отделки стен зданий и внутреннего интерьера, однако однотонная светло-серая или темно-коричневая окраска пеностекла не всегда соответствует архитектурно-эстетическим требованиям.

Техническим результатом изобретения является повышение прочности пеностекла, уменьшение энергоемкости производства и улучшение декоративных свойств материала.

Шихта для изготовления пеностекла включает цеолитсодержащий туф 99,75-99,85 мас. карбид кремния 0,15-0,25 мас. при этом используют цеолитсодержащий туф со следующим гранулометрическим составом, мас.

Частицы размером менее 1 мм 40-90

Частицы размером 5-100 мм 10-60

Повышение механической прочности, снижение энергоемкости и улучшение декоративных свойств пеностекла, изготовленного из порошка цеолитсодержащей породы такого гранулометрического состава, основано на особенностях кристаллического строения цеолитов, их микрокристалличности и развитости вторичной пористости цеолитсодержащих пород. Кристаллическая структура цеолита представляет собой микроканальную систему сообщающихся между собой полостей, по которым происходит диффузия молекул и ионов, определяющих специфику топохимии твердофазных реакций и превращений.

Термическая устойчивость цеолитов невысока, поэтому при температуре 700-900^оС большинство цеолитов становятся аморфными, превращаются в квазистекло, сохраняя при этом с повышением температуры некоторое время канальную систему и, соответственно, малую плотность, унаследованную от прежней кристаллической структуры. Взаимодействие газообразователя с высокореакционным аморфным квазистеклом приводит к образованию газообразных продуктов, которые заполняют канальные полости и микропоры. С повышением температуры вязкость расплава уменьшается, алюмосиликатные стенки пустот размягчаются и они начинают расширяться под давлением газа, находящегося в них. Таким образом, учет структурно-текстурных особенностей цеолитсодержащей породы избавляет от необходимости тонкого измельчения ее и снижает требования к степени гомогенизации газообразователя с порошком породы. Поэтому часть шихты имеет измельченную породу до той же крупности, что и в известном решении. Газообразователь, порошок карбида кремния, перемешивается вместе с тонкоизмельченной частью цеолитсодержащей породы. Затем эту смесь перемешивают с гравием, размеры частиц которого 5-100 мм. При вспенивании такой шихты в пределах одного блока пеностекла наблюдаются разнородные области как по пористости, так и по цвету.

Хорошо вспененное с более крупными порами пеностекло образовано из тонкого порошка и с более мелкими порами из грубого гравия. По цвету эти области также различаются. В области расположения гравия образуются участки с более темной окраской или, если в породе есть окислы железа, участки с красновато-коричневой окраской. Образование более мелких пор связано с описанным выше механизмом, когда вспенивание осуществляется только за счет той части газообразных продуктов, которые заполнили вторичную пористость породы и пустоты канальной системы цеолита. Таким образом, пеностекло становится как бы армированным более прочными участками областями расположения гравия. Пеностекло из мелкой фракции скрепляет, цементирует отдельно расположенные куски гравия с более мелкой пористостью. Степень адгезии такова, что пеностекло цементирующая масса и гравий образует сплошной монолит. Такое пеностекло обладает более высокой механической прочностью, чем обычное пеностекло с однородной пористостью. Использование в шихте значительной части крупного гравия, без его тонкого измельчения, способствует снижению энергозатрат на помол. Размер гравия 5-100 мм ограничивается в связи с тем, что, используя фракцию 5 мм, нельзя добиться желаемого эффекта, так как степень измельчения близка к прототипу.

Использовать гравий более 100 мм также нецелесообразно, так как отдельные крупные куски гравия в объеме пеностекла не повышают его механической прочности и не улучшают декоративных свойств.

Изготовление пеностекла при введении в смесь грубозернистого гравия больше 60% приводит к падению механической прочности. Это связано с недостаточным количеством цементирующей тонкой фракции, в результате чего газообразователь оказывается также неравномерно распределен в пределах образца. Отдельные частички могут быть плохо вспенены и не соединены друг с другом. Уменьшение количества гравия ниже 10% снижает эффект по энергозатратам и приводит в конечном счете к уменьшению прочности.

Пеностекло с различными участками как по окраске, так и по пористости представляет собой красивый декоративный материал с мозаичной текстурой. Возможность варьировать цветом и пористостью как в пределах одного блока, так и в разных блоках позволяет создавать широкую гамму самых разнообразных пеноматериалов для декоративных целей. Разнообразие по цвету достигается использованием гравия с различных месторождений. Декоративное разнообразие достигается также введением в шихту гравия различной формы (округлый, игольчатый, неправильной формы и т.д.).

Пример получения пеностекла.

Цеолитсодержащую породу дробят в бегунах или дробилках. Часть дробленой породы измельчают в шаровой мельнице до прохождения через сито 1,0 мм. Измельченный туф перемешивают с карбидом кремния из расчета 0,15-0,25 мас. от массы всей шихты. После смешивания газообразователя с порошком туфа смесь перемешивают с гравием, размер которого 5-100 мм. Шихту загружают в металлические формы и обжигают при температуре вспенивания 1160-1180^оС. Скорость нагрева до температуры вспенивания составляет 320-340^оС/ч. Выдержка при конечной температуре 0,5-1,0 ч. Вспененный материал охлаждают в течение 16-20 ч.

В таблице приведены конкретные составы пеностекла и его свойства.

Как видно из таблицы, изготовление пеностекла из цеолитсодержащего туфа с использованием грубозернистого гравия в смеси с более тонким порошком позволяет изготавливать пеностекло с более высокой механической прочностью без изменения количества газообразователя в шихте. Это позволяет расширить область применения такого пеностекла в строительстве.