сырьевая смесь для изготовления силикатных стеновых изделий и силикатное стеновое изделие

Формула изобретения

1. Сырьевая смесь для изготовления силикатных стеновых изделий, включающая известково-песчаное вяжущее, кремнеземистый компонент и обожженную минеральную добавку, отличающаяся тем, что она содержит в качестве обожженной минеральной добавки дробленое ячеистое стекло с размером зерен 3,0-10,0 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

известково-песчаное вяжущее	29,5-32,6
кремнеземистый компонент	10,5-57,4
дробленое ячеистое стекло	10,0-60,0

2. Силикатное стеновое изделие в виде плитки, кирпича, стеновых панелей на основе силикатного бетона автоклавного твердения, отличающееся тем, что материал изделия имеет следующий состав, мас.%:

известково-песчаное вяжущее	29,5-32,6
кремнеземистый компонент	10,5-57,4
дробленое ячеистое стекло	10,0-60,0

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении силикатного кирпича и стеновых материалов - плиток, блоков, стеновых панелей и др.

Известна сырьевая смесь для изготовления силикатного кирпича, включающая, мас.%: известь - 10,2...12,2, кварцевый песок - 39,8...47,8 и керамзитовый гравий фракции 5-10 мм - 40...50, и изделие из этой смеси, например кирпич. Насыпная плотность керамзитового гравия - 440-600 кг/м³. Из перемешанной массы способом полусухого прессования формуют изделия, которые подвергают автоклавной гидротермальной обработке острым паром [Патент РФ №2243180, кл. 7 С04В 28/22, 2002].

Недостатками этой сырьевой смеси являются высокая плотность получаемых стеновых силикатных изделий (1477...1575 кг/м³), что требует увеличения затрат материалов на стадии изготовления и, как следствие этого, утяжеляет массу стеновых конструкций, а также повышенная теплопроводность (до 0,38...0,45 Вт/(м·К)), что также утяжеляет массу стеновых конструкций за счет увеличения толщины стен. Эти недостатки ухудшают технологические и эксплуатационные характеристики стеновых силикатных изделий.

Наиболее близкой к предлагаемому решению является сырьевая смесь для изготовления силикатного кирпича и стеновых материалов, состоящая из, мас.%: известково-песчаного вяжущего - 29,5-32,6, кварцевого песка - 32,7-33,3 и обожженного кремнеземистого мергеля с размером зерен 5,0 мм и меньше - 21,5-44,9, и изделие из этой смеси, например кирпич. Насыпная плотность обожженного кремнеземистого мергеля - 590-620 кг/м³. Из перемешанной массы способом полусухого прессования формуют изделия, которые подвергают автоклавированию при давлении пара 1 МПа и температуре 175°С по режиму 2+8+2 [Патент РФ №2212386, кл. 7 С04В 28/22, 2002].

Недостатками прототипа являются повышенные плотность (1450...1530 кг/м³) и теплопроводность (0,53...0,63 Вт/(м·К)) стеновых силикатных изделий.

Предлагаемое изобретение решает задачу расширения арсенала технических средств для производства силикатного кирпича и стеновых материалов с сохраненными и пониженными плотностью, тепло- и звукопроводностью. Использование отходов механической обработки ячеистых стекол для получения дробленого компонента сырьевой смеси позволит, кроме того, существенно снизить себестоимость стеновых изделий при сохраненной и повышенной их прочности.

Указанный результат достигается тем, что сырьевая смесь для изготовления силикатных стеновых изделий, включающая известково-песчаное вяжущее, кремнеземистый компонент и обожженную минеральную добавку, согласно предлагаемому решению в качестве обожженной минеральной добавки содержит дробленое ячеистое стекло с размером зерен 3,0-10,0 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%: известково-песчаное вяжущее - 29,5-32,6, кремнеземистый компонент - 10,5-57,4 и дробленое ячеистое стекло - 10,0-60,0.

Силикатное стеновое изделие на основе силикатного бетона автоклавного твердения согласно предлагаемому решению изготовлено из смеси следующего состава, мас.%: известково-песчаное вяжущее - 29,5-32,6, кремнеземистый компонент - 10,5-57,4 и дробленое ячеистое стекло - 10,0-60,0.

Сравнение состава сырьевой смеси с прототипом показывает, что предлагаемое решение отличается введением в сырьевую смесь взамен обожженного кремнеземистого мергеля дробленого ячеистого стекла с размером зерен 3,0-10,0 мм. Введение предлагаемого дробленого ячеистого стекла в сырьевую смесь позволяет решить задачу расширения арсенала технических средств для производства силикатного кирпича и стеновых материалов с пониженными плотностью, тепло- и звукопроводностью и сохраненной и повышенной прочностью. Таким образом, предлагаемое решение обладает критерием «новизна».

При изучении других технических решений использование предложенного авторами введения в состав сырьевой смеси для изготовления силикатного кирпича и стеновых материалов дробленого ячеистого стекла и аналогичных ему материалов не выявлено. Процессы, происходящие в зонах контакта частиц дробленого ячеистого стекла, имеющих пористую структуру и состоящих из однородной обожженной смеси гипса, портландцемента и дисперсного стекла, с остальными компонентами сырьевой смеси для изготовления силикатного кирпича и стеновых материалов при формовании и автоклавной обработке, в технической литературе не описаны.

Полученные силикатные стеновые изделия заявляемого состава имеют характеристики, которые не являются аддитивной суммой свойств исходных компонентов - дробленого ячеистого стекла и традиционных силикатных стеновых материалов автоклавного твердения, а превосходят их на 25...40%, что свидетельствует о дополнительных процессах минералообразования в зонах контакта дробленого ячеистого стекла с известково-песчаным вяжущим и кремнеземистым компонентом. Таким образом, заявляемое решение не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «изобретательский уровень».

Характеристика компонентов смеси:

1. Известь негашеная кальциевая по ГОСТ 9179.

2. Кварцевый песок по ГОСТ 8736-93.

3. Дробленое ячеистое стекло - фракция с размером зерен от 3,0 до 10,0 мм, полученная путем дробления и отсева ячеистого стекла, произведенного в БГТУ им. В.Г. Шухова, г. Белгород. Ячеистое стекло используется как легкий строительный акустический и декоративный материал, который вырабатывается из шихты, включающей, мас.%: пенообразователь 0,1...1,0, стабилизатор ячеистой структуры (полуводный гипс 1,0...8,0 и портландцемент 0,5...10,0) и молотое стекло - остальное. Приготовление шихты и получение ячеистого стекла выполняют согласно патенту РФ №2242437, кл. 7 С03С 11/00, 2002. При плотности 400 кг/м ³ прочность на сжатие ячеистого стекла составляет 10,1...15,5 МПа, при плотности 460 кг/м³ - до 210 МПа. Насыпная плотность дробленого ячеистого стекла фракции 10,0-3,0 мм составляет 450...475 кг/м³ в зависимости от пористости. Для приготовления дробленого продукта можно использовать обрезки и бой блоков обожженного ячеистого стекла. Анализируя результаты физико-механических испытаний серии экспериментальных образцов, можно сделать вывод, что по способности формировать пористую структуру силикатных стеновых изделий размеры зерен дробленого ячеистого стекла должны составлять 3...10 мм.

Получение известково-песчаного вяжущего, подготовку сырьевой смеси, формование и автоклавную обработку стеновых силикатных изделий производили аналогично прототипу [Патент РФ №2212386, кл. 7 С04В 28/22, 2002]. Для получения известково-песчаного вяжущего комовую известь и кварцевый песок в соотношении 1:1 (по массе) смешивали и подвергали совместному помолу до размера частиц менее 0,2 мм в шаровой мельнице. Навески полученного известково-песчаного вяжущего, песка и дробленого ячеистого стекла смешивали до однородного состояния, увлажняли водой в количестве, необходимом для полного гашения извести и последующей формовки образцов (определяется экспериментально), перемешивали и помещали на 2 часа в сосуд для гашения. Из подготовленной таким образом смеси методом полусухого прессования при давлении 20 МПа изготавливали образцы изделий - плитки, блоки, стеновые панели. Автоклавную обработку полученных прессованных изделий производили при давлении пара 1 МПа и температуре 175°С по режиму 2+8+2. После охлаждения изделия подвергали физико-механическим испытаниям.

Пример. Взвесили 30 кг (30 мас.%, табл., смесь 1) предварительно подготовленного известково-песчаного вяжущего, 15 кг (15 мас.%) песка и 55 кг (55 мас.%) дробленого ячеистого стекла с размером зерен 3,0...10,0 мм и насыпной плотностью 465 кг/м³ (см. табл., смесь 1). Эти три компонента смешивали в шнековой мешалке до однородно-распределенного состояния, увлажняли при перемешивании водой до влажности 20,9 мас.%. Полученную смесь помещали в сосуд для гашения, где она находилась 2 часа, аналогично смеси по патенту РФ №2212386, кл. 7 С04В 28/22, 2002, стр.2. Из подготовленной таким образом смеси изготавливали полнотелые кирпичи способом полусухого прессования при давлении 20 МПа. Прессованные сырцовые кирпичи подвергали автоклавированию. Полученные кирпичи испытывали на прочность, определяли плотность, теплопроводность и акустические характеристики. Результаты испытаний приведены в таблице (смесь 1).

Таким же образом были приготовлены сырьевые смеси и испытаны изделия составов 2 и 3, результаты испытаний приведены в таблице.

Известный состав массы 4 изготавливали согласно прототипу (Патент РФ №2212386, кл. 7 С04В 28/22, 2002).

Таблица Состав и свойства силикатных стеновых материалов.
№ смеси	Компоненты, мас.%			Влажность сырьевой смеси после увлажнения, мас.%	Физико-механические свойства
	Известково-песчаное вяжущее	Кварцевый песок	Дробленное ячеистое стекло с размером зерен 3,0...10,0 мм		Плотность, кг/м3	Теплопроводность, Вт/(м·К)	Коэффициент звукопоглощения	Прочность при сжатии, МПа
1	30	15	55	20,9	1321	0,26	0,56	21,2
2	32,6	57,4	10	22,1	1475	0,53	0,28	23,7
3	29,5	10,5	60	20,4	1312	0,20	0,59	15,4
4 (прототип)	29,8	32,9	37,3 (мергель обожженный)	22,5	1470	0,54	0,23	18,6

Уменьшать в сырьевой смеси количество дробленого ячеистого стекла с размером зерен 3,0...10,0 мм менее 10 мас.% нецелесообразно, т.к. получаемые силикатные стеновые изделия приобретают повышенные плотность и теплопроводность при увеличенной себестоимости изделий, поэтому состав 2 принят как граничный.

Увеличение в сырьевой смеси количества дробленого ячеистого стекла с размером зерен 3,0...10,0 мм свыше 60 мас.% нецелесообразно, т.к. происходит резкое падение прочности получаемых силикатных стеновых материалов за счет уменьшения доли известково-песчаного вяжущего и кварцевого песка. По этой причине состав 3 принят как граничный.

Анализ полученных физико-механических характеристик силикатных стеновых изделий показывает следующее.

1. Все смеси 1-3 отвечают требованиям ТУ 379-95 «Кирпич и камни силикатные».

2. Введение в состав сырьевой смеси дробленого ячеистого стекла в заявляемых количествах и размером зерен 3,0...10,0 мм позволяет получать стеновые силикатные изделия с сохраненными и улучшенными тепло- и звукоизолирующими характеристиками при высокой прочности.

Заявляемая сырьевая смесь для изготовления силикатных стеновых материалов по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества:

1) плотность снижена на 7,2-10,5%, теплопроводность силикатных стеновых материалов снижена в два раза, коэффициент звукопоглощения при этом увеличен с 0,23 до 0,56;

2) полученные в результате автоклавной обработки силикатные стеновые изделия имеют равномерно-поризованную структуру с минимальными объемными дефектами; включают в свой состав экологически чистый неорганический компонент.

Физико-химическая сущность технического решения достижения задачи заключается в следующем: дробленое ячеистое стекло с размером частиц 3,0...10,0 мм, благодаря своей низкой насыпной плотности от 450...475 кг/м ³ и занимая определенный объем сырьевой массы, формирует пористую структуру готового изделия. Эта структура определяет свойства получаемого силикатного стенового материала и позволяет решить задачу расширения арсенала технических средств для производства силикатного кирпича и стеновых изделий с пониженными плотностью, тепло- и звукопроводностью. Использование отходов механической обработки ячеистых стекол для получения дробленого компонента сырьевой смеси взамен обожженного кремнеземистого мергеля позволяет существенно снизить себестоимость стеновых изделий.

Размер дробленых частиц ячеистого стекла выбран исходя из анализа результатов экспериментальных данных: частицы именно такого размера имеют развитую поверхность, позволяющую обеспечивать прочное сцепление с силикатной связкой, и ядро с неразрушенными порами, которые являются носителями основных свойств ячеистого стекла (тепло- и звукоизоляционными). Авторами установлено, что в результате автоклавной обработки изделий, полученных путем прессования заявляемых сырьевых смесей для приготовления силикатного кирпича и стеновых материалов, содержащих дробленое ячеистое стекло пористой структуры, состоящего из однородной смеси гипса, портландцемента и дисперсного стекла, подвергшихся термообработке при 740...750°С в течение 20 минут, на границах контакта с известково-песчаным вяжущим и кремнеземистым компонентом фиксируются зоны с аномально высоким содержанием хорошо сформированных кристаллов гидросиликатов кальция различной степени насыщения и аморфно-кристаллических образований (доказано микроскопическими, петрографическими и рентгенофазовыми исследованиями). Указанные новообразования чрезвычайно сильно увеличивают эффекты тепло- и звукопоглощения в заявляемых материалах до величин существенно превосходящих прототип, а также расчетные и прогнозируемые, полученные из анализа свойств исходных материалов. Обеспечение равномерной частично замкнутой пористости с упрочненной внутренней структурой в силикатных материалах также обусловливает существенное улучшение их физико-механических (прочностных, звуко- и теплоизоляционных) характеристик по сравнению с прототипом.

Получаемые по заявляемому способу силикатный кирпич, блоки, панели и плиты обладают хорошими декоративными характеристиками, не имеют трещин.

Использование заявляемой сырьевой смеси для производства силикатного кирпича и других стеновых материалов позволит не только улучшить экологическую обстановку жилищ за счет применения экологически чистого тепло- и звукоизолирующего компонента, но и дополнительно защитить их от проникновения грызунов.