СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ НЕГО (ВАРИАНТЫ)
CONSTRUCTION MATERIAL (VERSIONS) AND METHOD OF MAKING ARTICLES FROM SAID MATERIAL (VERSIONS)

Группа изобретений относится к строительству и предназначена преимущественно для изготовления строительных изделий типа блоков, перегородок, стенок и других строительных конструкций с использованием измельченного органического наполнителя в виде целлюлозосодержащих отходов растениеводства и деревообрабатывающей промышленности.
Известно изобретение «Состав арболитовой смеси» по заявке РФ 92000575, МПК С04В 38/00 и С04В 18/24, с приоритетом от 30.10.1992 г., на имя авторов Кузнецова Ю.Л., Кузнецова В.Л., Овсянникова В.И., опубликованное в Официальном бюллетене РФ 27.03.1997 г.
Состав содержит песок, цемент, заполнитель, химическую добавку, воду. Отличается тем, что в качестве заполнителя он содержит целлюлозосодержащие отходы растениеводства и деревообрабатывающей промышленности, в качестве химической добавки - раствор хлористого калия или кальция, или сернокислого алюминия, или хлористого алюминия, или сернокислого натрия, или хлористого магния, или аммиачной селитры и дополнительно порообразующую добавку, в качестве которой используют смолу древесную омыленную или смолу нейтрализованную воздухововлекающую. В качестве целлюлозосодержащих отходов состав содержит костру льна или конопли, или в дробленом виде солому злаковых культур, или камыш, или стебли подсолнечника. Состав обеспечивает изготовление как теплоизоляционного строительного материала, так и конструкционного, а именно арболита, причем последний создает осушающий режим внутри помещений и превосходит керамзитобетон и другие легкие бетоны в теплотехнических характеристиках. Цель - увеличение прочности на сжатие конструкционного материала (арболита), а также использование местных ресурсов.
Известно также изобретение «Способ изготовления арболитовых блоков» по заявке РФ 92001653, МПК С04В 40/00, С04В 18/24, с приоритетом от 05.11.1992 г., на имя авторов Кузнецова Ю.Л., Кузнецова В.Л., опубликованное в Официальном бюллетене РФ 27.03.1997 г.
2
Способ включает предварительную обработку целлюлозосодержащего заполнителя сырьевой смеси, смешивание ее компонентов, выгрузку, вибропрессование арболитовых блоков и их отверждение. Отличается способ тем, что в качестве целлюлозосодержащего заполнителя используют костру льна (конопли), предварительно обрабатывают костру во вращающемся лопастном смесителе раствором хлористого калия (хлористого кальция), доводя влажность костры до 30-40%. Компоненты сырьевой смеси - цемент, песок, растворы хлористого калия или хлористого кальция и смолы древесной омыленной - последовательно добавляют в смеситель к обработанной костре, перемешивая и доводя сырьевую смесь до необходимой влажности. После выгрузки из смесителя вибропрессованием с пригрузом формируют арболитовые блоки, которые затем отверждают на воздухе для придания им механических свойств, необходимых при дальнейшей транспортировке. Цель - снижение теплопроводности арболитовых блоков при сохранении их прочности в пределах 25-35 кг/см, а также использование местных ресурсов.
Известно также изобретение «Каркасный арболит» по патенту РФ №2243188, МПК С04В 38/00, С04В 28/26, с приоритетом от 19.07.2000 г., зарегистрированное на имя Пензенской гос. архитектурно-строительной академии, авторов Берегового В.А., Солдатова С.Н., Прошина А.П., Берегового A.M., опубликованное в Официальном бюллетене РФ 27.12.2004 г.
3
2
Каркасный арболит получают из смеси, включающей жидкое стекло и заполнитель растительного происхождения. Каркас, характеризующийся пустотностью 92-92%, получают формованием и отверждением смеси, включающей в качестве заполнителя растительного происхождения гречневую солому с размерами частиц 2-4 см и овсяную лузгу и дополнительно тонкомолотый кварцевый песок и воду, при следующем определенном соотношении компонентов, причем указанную смесь пропитывают поризованным раствором, состоящим из гипса строительного, цемента белого, опоки с активностью по отношению к окислу кальция не менее 220 мг/г, пенообразователя и воды, после чего смесь отверждают. Техническим результатом является повышение прочности и уменьшение водопоглощения материала. Изделие имеет объемную массу 280-315 кг/м, прочность при сжатии 4-5 кгс/см, коэффициент теплопроводности 0,065-0,072 Вт/(м·К).
Известно также изобретение «Строительный материал на основе измельченной древесины и цемента «Элстар» и способ изготовления изделий из него» по заявке РФ 98123518, МПК С04В 40/02, С04В 28/02, с приоритетом от 22.12.1998 г. на имя автора Салихова Р.А., опубликованное в Официальном бюллетене РФ 27.09.2000 г.
По указанной заявке на имя автора Салихова Р.А. зарегистрирован патент РФ №2163581 на изобретение «Строительный материал и способ изготовления изделий из строительного материала», опубликованный в Официальном бюллетене РФ 27.09.2000 г.
3
Согласно этому изобретению строительный материал получают формованием однородной смеси цемента с измельченной увлажненной древесиной преимущественно хвойных пород и жидким стеклом с электростабилизацией смеси при формовании постоянным током с периодическим изменением полюсов. Электростабилизация производится при температуре не более 40°С в течение 45-60 мин постоянным током мощностью 10 кВт на 1 м с периодическим изменением полюсов через 4-5 мин. Изготовление изделия из строительного материала осуществляют путем приготовления измельченной древесины с просеиванием ее по фракциям, увлажнения древесины, принудительного смешивания ее с цементом и жидким стеклом, загрузки в форму с ее уплотнением прессованием, присоединения формы к электродам, подключения постоянного тока с периодическим изменением полюсов, извлечения из формы и выдержки для приобретения транспортной прочности. Форма, боковые стенки которой имеют диэлектрические вкладыши, выполнена из металла, крышка и поддон формы изготовлены из нержавеющей стали с возможностью использования их в качестве электродов, после электростабилизации изделие выдерживают в форме 4-5 ч для приобретения распалубочной прочности. Извлечение изделия из формы осуществляют выпрессовыванием на подложке и выдерживают изделие в течение 4-5 суток при комнатной температуре для приобретения транспортной прочности. Техническим результатом является повышение прочности, снижение веса и уменьшение теплопроводности.
Известно также изобретение «Способ изготовления бетонных изделий с органическим наполнителем» по заявке РФ 95110545, МПК С04В 40/00, с приоритетом от 04.07.1995 г. на имя АКБ «Сибконтакт», авторов Маслова В.М., Жупника О.А., Беспалова А.В., Ваймана Д.М., Сергеева А.Н., опубликованное в Официальном бюллетене РФ 27.06.1997 г.
Способ изготовления бетонных изделий с органическим наполнителем, преимущественно древесным, включает замачивание измельченного органического наполнителя в воде, последующее смешивание его с цементом, водой и электролитом, формовку изделия прессованием, электростабилизацию постоянным знакопеременным током и выдержку изделия до конструкционной прочности, при этом согласно изобретению одновременно с замачиванием наполнителя производят нейтрализацию смеси постоянным током.
2
2
В частных случаях нейтрализацию смеси проводят постоянным током плотностью 8-15 А/м в течение 5-15 мин, а электростабилизацию отформованного изделия осуществляют пропусканием знакопеременного постоянного тока плотностью 60-100 А/м.
Известно изобретение «Способ изготовления легких бетонных изделий с органическим наполнителем» по патенту РФ №2148053, МПК С04В 40/00, с приоритетом от 22.06.1999 г., зарегистрированное на имя авторов Жупника О.А., Маслова В.М., Рукавишникова В.А., опубликованное в Официальном бюллетене РФ 27.04.2000 г., которое выбрано в качестве прототипа.
В способе изготовления легких бетонных изделий с органическим наполнителем, преимущественно древесным, включающем замачивание измельченного органического наполнителя в воде, смешивание его с цементом, водой и электролитом, формовку изделия прессованием в формы или передвижную опалубку, электростабилизацию знакопеременным током, выдержку изделия до конструкционной прочности, одновременно с замачиванием производят нейтрализацию смеси озоном.
Изобретение решает задачу повышения производительности при изготовлении легких бетонных изделий с органическим наполнителем для зданий и сооружений и позволяет стабилизировать характеристики (прочность, звукоизоляцию, тепло- и пожароустойчивость) при расширении диапазонов используемого наполнителя, погодных условий, географии строительства.
При этом в описании указанного изобретения к патенту приведен пример осуществления способа изготовления легких бетонных изделий с органическим наполнителем, а также состав и определенное соотношение компонентов смеси для их получения, которые приняты в качестве прототипа для строительного материала.
Способ изготовления легких бетонных изделий с органическим наполнителем заключается в следующем.
3
Производятся операции рубки и измельчения любого органического наполнителя до фракций игольчатого вида, длина которых составляет 5-40 мм, ширина 1-4 мм, толщина - не более 4 мм. Мелкие частицы и пыль удаляются в отходы, которые составляют менее 0,5% от всего объема используемой органики. Далее производится операция влагостабилизации (выравнивание влажности любых органических компонентов независимо от их срока и места хранения, а также воздействия природной влагой - до 160-167% влажности) органического наполнителя в воде с одновременной нейтрализацией его кислотной составляющей озоном путем интенсивного "продувания ванны" с водой и органикой озоном в течение 6-10 мин на 1 м при производительности озонатора 300 л/мин.
3
Операции проводятся, с одной стороны, чтобы выравнять влажность органических наполнителей до определенного уровня с целью получения однообразности и обеспечения возможности регулирования количества воды, добавляемой в последующем до необходимого количества для "схватывания" и гидратации цементов, с другой стороны, чтобы нейтрализовать растворимые в воде вещества (в основном сахаристые вещества, крахмал и т.п.), выделяющиеся из органических наполнителей при увлажнении, и этим самым существенно улучшить гидратацию цементного зерна при электростабилизации изделия. После удаления излишков влаги проводится операция смешивания в течение 5-15 минут увлажненного наполнителя с цементом, электролитом и водой в следующих соотношениях из расчета на 1 м смеси:
Измельченный наполнитель - 400-600 кг
Цемент - 60-360 кг
Электролит (хлористый кальций или жидкое стекло) - 1,5-8 кг
Вода - 20-120 кг.
Последовательность операций смешивания: вначале в воду добавляется электролит и перемешивается 1 мин, потом добавляется органический наполнитель и опять перемешивается 1-2 мин, добавка цемента производится в последнюю очередь.
2
Следующая операция - формовка изделия. Данная операция для различных условий производства может производиться разными методами (уплотнение трамбованием в вертикальных формах-кассетах вручную или электротрамбовками с частотой вибрации не более 20 Гц; формование прессованием в вертикальной форме гидро- или электропрессом с удельным давлением до 5 кг/см, что позволяет получать изделия более прочными, чем трамбованием; формовка прессованием в горизонтальном положении и т.д.).
2
После формовки производится электростабилизация изделия в течение 15-50 минут постоянным знакопеременным током, модулированным короткими импульсами, плотностью 50-100 А/м с перерывом между изменениями направления тока (полярности напряжения) в 0,5-3 минуты и пропусканием тока в одном направлении в течение 2-7 минут.
2
Операция стабилизации проводится для ускорения сроков твердения бетона с органическими (и минеральными) наполнителями, что происходит за счет организации электролиза и электрофореза в массе отформованного изделия и разрушения водонепроницаемой пленки из веществ, препятствующей переходу массы цементного зерна в вяжущее. В связи с ранее проведенной предварительной нейтрализацией химические реакции при процессе стабилизации протекают в более благоприятных условиях (кислотная составляющая в наполнителе нейтрализована и уже не воздействует на цементное зерно, которое совместно с водой образует щелочную составляющую), что уменьшает время твердения до транспортной прочности, повышает стабильность достижения прочностных характеристик. После выемки изделия из формы (если изготавливаются штучные изделия) производится складирование изделия и его старение в течение 1 суток до достижения конструкционной прочности. Операцию электростабилизации целесообразно проводить с плотностью тока 50-100 А/м промодулированными короткими импульсами 60-110 А, что позволяет использовать низкосортные марки цементов, а для высококачественных цементов сократить время ее проведения без ухудшения прочностных характеристик.
Все описанные выше технологии являются способами получения различных типов легких бетонов с органическими наполнителями, специальными добавками. В связи с тем что бетон обладает влагопроницаемостью, это неизбежно приводит к недолговечности такого строительного материала, подверженного со временем гниению органических наполнителей и нарушению экологической чистоты окружающего пространства.
Задачей заявляемой группы изобретений является создание строительного материала с органическим наполнителем, а также способа изготовления из него изделий, не являющегося бетоном и не подверженного со временем гниению органического наполнителя.
2
3
3
Поставленная задача решается за счет того, что в строительном материале (вариант 1), получаемом формованием однородной смеси из измельченного органического наполнителя в виде целлюлозосодержащих отходов растениеводства и/или деревообрабатывающей промышленности, воды, электролита, кальцийсодержащих материалов, с воздействием постоянным знакопеременным током и выдержкой изделия до конструкционной прочности, согласно изобретению в качестве целлюлозосодержащих отходов растениеводства используют одеревеневшие части растений, измельченные до частиц с длиной не более 30 мм и высушенные до влажности не более 10%, в качестве отходов деревообрабатывающей промышленности используют промышленную древесную стружку толщиной не более 1 мм, в качестве электролита используют жидкое стекло (NaSiO), которое используют в виде 1,5-1,75% водного раствора, в качестве кальцийсодержащих материалов используют обезвоженные и измельченные до фракции порошка: отходы цементного производства и/или кальцит, причем формуемая смесь дополнительно содержит замедлитель химической реакции гидратации окиси кальция в виде пластификатора дибутилфталата или поликарбоксилата в количестве от 0,3% до 1% от массы кальцийсодержащих материалов, при следующем соотношении смешиваемых компонентов для получения формуемой смеси в расчете на 1 м строительного материала:
- целлюлозосодержащие отходы растениеводства
и/или деревообрабатывающей промышленности
250-300 кг
- водный раствор электролита - жидкое стекло
304,5-305,25 кг
- кальцийсодержащие материалы - отходы
цементного производства и/или кальцит
200-400 кг
- замедлитель реакции гидратации окиси кальция
- пластификатор дибутилфталат или поликарбоксилат
0,6-4,0 кг
В частном случае выполнения строительного материала по 1 варианту в состав кальцийсодержащих материалов дополнительно входит известняк в количестве не более 15% от общей массы кальцийсодержащих материалов.
2
3
2
3
В строительном материале (вариант 2), получаемом формованием однородной смеси из измельченного органического наполнителя в виде целлюлозосодержащих отходов растениеводства и/или деревообрабатывающей промышленности, воды, электролита, кальцийсодержащих материалов, с воздействием постоянным знакопеременным током и выдержкой изделия до конструкционной прочности, согласно изобретению в качестве целлюлозосодержащих отходов растениеводства используют одеревеневшие части растений, измельченные до частиц с длиной не более 30 мм и высушенные до влажности не более 10%, в качестве отходов деревообрабатывающей промышленности используют промышленную древесную стружку толщиной не более 1 мм, в качестве электролита используют жидкое стекло (NaSiO), которое используют в виде 1,5-1,75% водного раствора, в качестве кальцийсодержащих материалов используют обезвоженные и измельченные до фракции порошка отходы цементного производства и/или кальцит, причем формуемая смесь дополнительно содержит замедлитель химической реакции гидратации окиси кальция в виде гашеной извести Ca(OH) в количестве не менее 15% от массы кальцийсодержащих материалов, при следующем соотношении смешиваемых компонентов для получения формуемой смеси в расчете на 1 м строительного материала:
- целлюлозосодержащие отходы растениеводства
и/или деревообрабатывающей промышленности
250-300 кг
- водный раствор электролита - жидкое стекло
304,5-305,25 кг
- кальцийсодержащие материалы - отходы
цементного производства и/или кальцит
200-400 кг
- замедлитель реакции гидратации
окиси кальция - гашеная известь
30-60 кг
В частном случае выполнения строительного материала по 2 варианту в состав кальцийсодержащих материалов дополнительно входит известняк в количестве не более 15% от общей массы кальцийсодержащих материалов при условии, что количество гашеной извести составляет не менее 15% от массы кальцийсодержащих материалов без учета известняка.
2
3
3
В строительном материале (вариант 3), получаемом формованием однородной смеси из измельченного органического наполнителя в виде целлюлозосодержащих отходов растениеводства и/или деревообрабатывающей промышленности, воды, электролита, кальцийсодержащих материалов, с воздействием постоянным знакопеременным током и выдержкой изделия до конструкционной прочности, согласно изобретению в качестве целлюлозосодержащих отходов растениеводства используют одеревеневшие части растений, измельченные до частиц с длиной не более 30 мм и высушенные до влажности не более 10%, в качестве отходов деревообрабатывающей промышленности используют промышленную древесную стружку толщиной не более 1 мм, в качестве электролита используют жидкое стекло (NaSiO), которое используют в виде 1,5-1,75% водного раствора, в качестве кальцийсодержащих материалов используют обезвоженный и измельченный до фракции порошка известняк, при следующем соотношении смешиваемых компонентов для получения формуемой смеси в расчете на 1 м строительного материала:
- целлюлозосодержащие отходы растениеводства
и/или деревообрабатывающей промышленности
250-300 кг
- водный раствор электролита - жидкое стекло
304,5-305,25 кг
- кальцийсодержащие материалы - известняк
200-400 кг
В частном случае выполнения строительного материала по 3 варианту в состав кальцийсодержащих материалов дополнительно входят отходы цементного производства и/или кальцит при условии, что количество известняка составляет не менее 15% от общей массы кальцийсодержащих материалов.
В частных случаях строительного материала, выполненного по любому из 1-го, 2-го или 3-го вариантов, исходная формуемая смесь в качестве целлюлозосодержащих отходов растениеводства может включать в себя солому злаковых культур, костру льна, костру конопли, лузгу и одеревеневшие стебли подсолнечника, одеревеневшие стебли камыша, одеревеневшие стебли хлопчатника, гречневую солому, овсяную лузгу.
2
3
3
2
Поставленная задача также решается тем, что в Способе (вариант 1) изготовления изделий из строительного материала, включающем получение исходной смеси путем замачивания измельченного органического наполнителя, последующее смешивание его с водой, электролитом и кальцийсодержащими материалами, формовку изделия из полученной смеси ее прессованием, воздействие постоянным знакопеременным током и выдержку изделия до конструкционной прочности, согласно изобретению для получения исходной смеси сначала производят замачивание измельченного органического наполнителя в предварительно приготовленном водном растворе электролита, куда дополнительно добавляют замедлитель химической реакции гидратации окиси кальция, и массу перемешивают, причем в качестве органического наполнителя используют целлюлозосодержащие отходы растениеводства в виде одеревеневших частей растений, которые предварительно измельчают до частиц с длиной не более 30 мм и высушивают до влажности не более 10%, и/или отходы деревообрабатывающей промышленности в виде промышленной древесной стружки толщиной не более 1 мм, в качестве электролита используют жидкое стекло (NaSiO), которое используют в виде 1,5-1,75% водного раствора, в качестве замедлителя химической реакции гидратации окиси кальция используют пластификатор дибутилфталат или поликарбоксилат в количестве от 0,3% до 1% от массы кальцийсодержащих материалов, затем в замоченный органический наполнитель добавляют кальцийсодержащие материалы, в качестве которых используют обезвоженные и измельченные до фракции порошка отходы цементного производства и/или кальцит, после чего полученную смесь при указанном в описании строительного материала (вариант 1) соотношении смешиваемых компонентов для получения формуемой смеси в расчете на 1 м строительного материала перемешивают, закладывают в формы, уплотняют прессованием, воздействуют на нее в течение 54-66 мин постоянным током плотностью 50-100 А/м, с периодической сменой полярности без перерывов через равные промежутки времени не реже чем через 10 мин, после чего в течение 2-12 часов проводят выдержку изделия до конструкционной прочности.
В частном случае выполнения способа, осуществляемого по 1 варианту, в состав кальцийсодержащих материалов дополнительно входит известняк в количестве не более 15% от общей массы кальцийсодержащих материалов.
2
3
2
3
2
В способе (вариант 2) изготовления изделий из строительного материала, включающем получение исходной смеси путем замачивания измельченного органического наполнителя, последующее смешивание его с водой, электролитом и кальцийсодержащими материалами, формовку изделия из полученной смеси ее прессованием, воздействие постоянным знакопеременным током и выдержку изделия до конструкционной прочности, согласно изобретению для получения исходной смеси сначала производят замачивание измельченного органического наполнителя в предварительно приготовленном водном растворе электролита, куда дополнительно добавляют замедлитель химической реакции гидратации окиси кальция, и массу перемешивают, причем для получения исходной смеси в качестве органического наполнителя используют целлюлозосодержащие отходы растениеводства в виде одеревеневших частей растений, которые предварительно измельчают до частиц с длиной не более 30 мм и высушивают до влажности не более 10%, и/или отходы деревообрабатывающей промышленности в виде промышленной древесной стружки толщиной не более 1 мм, в качестве водного раствора электролита используют 1,5-1,75% раствор жидкого стекла (NaSiO), в качестве замедлителя химической реакции гидратации окиси кальция используют гашеную известь Са(ОН) в количестве не менее 15% от массы кальцийсодержащих материалов, затем в замоченный органический наполнитель добавляют кальцийсодержащие материалы, в качестве которых используют обезвоженные и измельченные до фракции порошка отходы цементного производства и/или кальцит, после чего полученную смесь при указанном в описании строительного материала (вариант 2) соотношении смешиваемых компонентов для получения формуемой смеси в расчете на 1 м строительного материала перемешивают, закладывают в формы, уплотняют прессованием, воздействуют на нее в течение 54-66 мин постоянным током плотностью 50-100 А/м, с периодической сменой полярности без перерывов через равные промежутки времени не реже чем через 10 мин, после чего в течение 2-12 часов проводят выдержку изделия до конструкционной прочности.
В частном случае выполнения способа, осуществляемого по 2 варианту, в состав кальцийсодержащих материалов дополнительно входит известняк в количестве не более 15% от общей массы кальцийсодержащих материалов, причем количество гашеной извести составляет не менее 15% от массы кальцийсодержащих материалов без учета известняка.
2
3
3
2
В способе (вариант 3) изготовления изделий из строительного материала, включающем получение исходной смеси путем замачивания измельченного органического наполнителя, последующее смешивание его с водой, электролитом и кальцийсодержащими материалами, формовку изделия из полученной смеси ее прессованием, воздействие постоянным знакопеременным током и выдержку изделия до конструкционной прочности, согласно изобретению для получения исходной смеси сначала производят замачивание измельченного органического наполнителя в предварительно приготовленном водном растворе электролита, причем в качестве органического наполнителя используют целлюлозосодержащие отходы растениеводства в виде одеревеневших частей растений, которые предварительно измельчают до частиц с длиной не более 30 мм и высушивают до влажности не более 10%, и/или отходы деревообрабатывающей промышленности в виде промышленной древесной стружки толщиной не более 1 мм, в качестве водного раствора электролита используют 1,5-1,75% раствор жидкого стекла (NaSiO), затем в замоченный органический наполнитель добавляют кальцийсодержащие материалы, в качестве которых используют обезвоженный и измельченный до фракции порошка известняк, после чего полученную смесь при указанном в описании строительного материала (вариант 3) соотношении смешиваемых компонентов для получения формуемой смеси в расчете на 1 м строительного материала перемешивают, закладывают в формы, уплотняют прессованием, воздействуют на нее в течение 54-66 мин постоянным током плотностью 50-100 А/м, с периодической сменой полярности без перерывов, через равные промежутки времени не реже чем через 10 мин, после чего в течение 2-12 часов проводят выдержку изделия до конструкционной прочности.
В частном случае выполнения способа, осуществляемого по 3 варианту, в состав кальцийсодержащих материалов дополнительно входят отходы цементного производства и/или кальцит, причем количество известняка составляет не менее 15% от общей массы кальцийсодержащих материалов.
В частных случаях выполнения способа, осуществляемого по любому из описанных трех вариантов (1, 2, 3), исходная формуемая смесь в качестве целлюлозосодержащих отходов растениеводства может включать в себя солому злаковых культур, костру льна, конопли, лузгу и одеревеневшие стебли подсолнечника, камыша или хлопчатника, гречневую солому, овсяную лузгу.
Заявляемая группа изобретений представляет собой три варианта строительного материала и соответствующие им три варианта способа изготовления изделий из этого строительного материала.
2
3
Во всех трех вариантах осуществления строительного материала и соответствующих способах изготовления изделий из этого строительного материала для получения исходной формуемой смеси в качестве целлюлозосодержащих отходов растениеводства используют одеревеневшие части растений, измельченные до частиц с длиной не более 30 мм и высушенные до влажности не более 10%, в качестве отходов деревообрабатывающей промышленности используют промышленную древесную стружку толщиной не более 1 мм, в качестве электролита используют жидкое стекло (NaSiO), которое используют в виде 1,5-1,75% водного раствора, в качестве кальцийсодержащих материалов используют обезвоженные и измельченные до фракции порошка: отходы цементного производства (цементную пыль и/или слежавшийся готовый цемент) и/или кальцит и/или известняк.
2
При этом в первом и втором вариантах осуществления строительного материала и способах изготовления изделий из этого строительного материала как в общем случае, когда в состав кальцийсодержащих материалов входят указанные выше отходы цементного производства и/или кальцит, так и в частном случае - с добавлением в этот состав известняка в количестве не более 15% от общей массы кальцийсодержащих материалов, формуемая смесь дополнительно содержит замедлитель химической реакции гидратации окиси кальция, причем в первом варианте в качестве замедлителя химической реакции гидратации окиси кальция используют пластификатор дибутилфталат или поликарбоксилат в количестве от 0,3% до 1% от массы кальцийсодержащих материалов, а во втором варианте - гашеную известь Са(ОН), количество которой составляет не менее 15% от массы таких кальцийсодержащих материалов, как отходы цементного производства и/или кальцит, т.е. в частном случае при добавлении известняка он при расчете количества гашеной извести не учитывается.
3
Т.е. формуемая смесь в первом и втором вариантах осуществления строительного материала и соответствующих способах изготовления изделий из этого строительного материала имеет следующее соотношение смешиваемых компонентов для получения формуемой смеси в расчете на 1 м строительного материала:
- целлюлозосодержащие отходы растениеводства
(одеревеневшие части растений с размером частиц
не более 30 мм и влажностью не более 10%) и/или
отходы деревообрабатывающей промышленности
(древесная стружка толщиной не более 1 мм)
250-300 кг
- водный раствор электролита
(1,5-1,75% раствор жидкого стекла Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>)
304,5-305,25 кг
- кальцийсодержащие материалы: в общем случае
- отходы цементного производства и/или кальцит;
в частных случаях - с добавлением не более 15%
известняка от их общей массы
200-400 кг
- замедлитель реакции гидратации окиси кальция:
- (1 вариант) пластификатор дибутилфталат или
поликарбоксилат (0,3% до 1% от массы
кальцийсодержащих материалов)
0,6-4,0 кг
- (2 вариант) гашеная известь Са(ОН)<sub>2</sub>
(не менее 15% от массы кальцийсодержащих
материалов в общем и частных случаях -
отходов цементного производства и/или кальцита)
30-60 кг
3
При этом абсолютное значение максимального количества гашеной извести, используемой во 2 варианте в качестве замедлителя реакции гидратации окиси кальция, ограничено указанными численными значениями, т.е. 30-60 кг в составе других смешиваемых компонентов для получения формуемой смеси в расчете на 1 м строительного материала.
При воздействии на исходную отформованную смесь с кальцийсодержащими материалами в виде отходов цементного производства, кальцита, известняка (не более 15%) постоянным электрическим током возникает химическая реакция гидратации окиси кальция, приводящая к образованию бетона.
Для того чтобы замедлить реакцию гидратации окиси кальция, т.е. предотвратить образование бетона, в состав исходной формуемой смеси в первом варианте добавляют пластификатор. Пластификаторы широко используются в строительстве в качестве замедлителей схватывания бетона. Они обеспечивают замедление гидратации цемента в начальные сроки затвердевания бетонной смеси и оказывают на смесь пластифицирующее действие, с их помощью можно сохранить работоспособное состояние бетона до 3-4 часов, т.е. в течение времени его транспортировки до строительной площадки. В качестве пластификаторов первого поколения использовали меламин, казеин. В настоящее время строительными фирмами (например, строительным концерном Sika) в качестве добавок для бетона разработаны и применяются наномодификаторы и сухие смеси по технологии Visko Grete.
В заявленных изобретениях по первому варианту в качестве замедлителя химической реакции гидратации окиси кальция и образования бетона выступает пластификатор дибутилфталат или поликарбоксилат, который одновременно выступает в качестве усилителя процесса минерализации биомассы (органического наполнителя). То есть за счет пластификатора происходит ускорение химических реакций насыщения биомассы кальцием путем замещения гидроксильной группы молекулы целлюлозы атомами кальция.
Во втором варианте для замедления химической реакции гидратации окиси кальция, т.е. предотвращения образования бетона, в состав исходной формуемой смеси добавляют гашеную известь, которая оказывает действие, аналогичное действию пластификатора дибутилфталата или поликарбоксилата.
Поэтому при воздействии постоянного электрического тока на отформованную массу в ней возникают явления осмоса, электрофореза, в результате чего ионизированный раствор в уплотненной биомассе насыщается кальцием, создавая соединения с углеродной структурой и нейтрализуя сохранившиеся жидкие органические соединения. То есть кальцийсодержащие материалы в заявленных изобретениях выполняют не роль вяжущего, как в аналогах, а являются основой для химических реакций, в результате которых происходит минерализация структуры биомассы.
Таким образом, при указанном составе исходной формуемой массы, с указанным соотношением компонентов, происходит насыщение кальцием плотных фрагментов биомассы во всем объеме и по ее поверхности в виде молекулярных соединений и сращенных кристаллов на поверхности фрагментов, в результате чего получается монолитный блок строительного материала из минерализованной биомассы.
Все численные значения соотношения компонентов и их интервалы получены экспериментально, опытным путем.
2
3
Как было указано ранее, во всех вариантах осуществления строительного материала и соответствующих способах изготовления изделий из этого строительного материала для получения исходной формуемой смеси в качестве целлюлозосодержащих отходов растениеводства используют одеревеневшие части растений, измельченные до частиц с длиной не более 30 мм и высушенные до влажности не более 10% и/или отходы деревообрабатывающей промышленности, в качестве которой используют промышленную древесную стружку толщиной не более 1 мм; в качестве электролита используют жидкое стекло (NaSiO), которое используют в виде 1,5-1,75% водного раствора.
При этом в первом и втором вариантах осуществления строительного материала и способа изготовления изделий из него, в качестве кальцийсодержащих материалов используют обезвоженные и измельченные до фракции порошка отходы цементного производства (цементную пыль и/или слежавшийся готовый цемент) и/или кальцит с возможным, в частных случаях выполнения, добавлением не более 15% известняка от их общей массы.
3
В третьем варианте осуществления строительного материала и способа изготовления изделий из него в качестве кальцийсодержащих материалов используют обезвоженный и измельченный до фракции порошка известняк с возможным, в частных случаях выполнения, добавлением к нему отходов цементного производства и/или кальцита в количестве, при котором известняк составляет не менее 15% от общей массы кальцийсодержащих материалов. В этом случае формуемая смесь не содержит дополнительно замедлителя химической реакции гидратации окиси кальция, т.к. функцию замедлителя химической реакции гидратации окиси кальция выполняет известняк, составляющий не менее 15% от массы кальцийсодержащих материалов (минерального сырья). Т.е. формуемая смесь в 3 варианте осуществления строительного материала и способа изготовления изделий из него имеет следующее соотношение смешиваемых компонентов для получения формуемой смеси в расчете на 1 м строительного материала:
- целлюлозосодержащие отходы растениеводства
(одеревеневшие части растений с размером частиц
не более 30 мм и влажностью не более 10%) и/или
деревообрабатывающей промышленности
(древесная стружка толщиной не более 1 мм)
250-300 кг
- водный раствор электролита
(1,5-1,75% раствор жидкого стекла Nа<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>)
304,5-305,25 кг
- кальцийсодержащие материалы - известняк
(в частных случаях - с добавлением не более 15%
отходов цементного производства и/или кальцита,
известняка от их общей массы), т.е. известняка ≥15%)
200-400 кг
При воздействии постоянного электрического тока на отформованную массу, в ней возникают явления и реакции, аналогичные описанным выше для первого и второго вариантов, в результате чего ионизированный раствор в уплотненной биомассе насыщается кальцием и происходит минерализация структуры биомассы. То есть при указанном составе исходной формуемой смеси с указанным соотношением компонентов происходит насыщение кальцием плотных фрагментов биомассы во всем объеме и по ее поверхности в виде молекулярных соединений и сращенных кристаллов на поверхности фрагментов, в результате чего получается монолитный блок строительного материала из минерализованной биомассы.
Все численные значения соотношения компонентов и их интервалы получены экспериментально, опытным путем.
В частных случаях осуществления строительного материала и соответствующего способа изготовления изделий из него, во всех трех вариантах, в качестве целлюлозосодержащих отходов растениеводства для получения исходной формуемой смеси может быть использована солома злаковых культур, костра льна, костра конопли, лузга и одеревеневшие стебли подсолнечника, камыша или хлопчатника, гречневая солома, овсяная лузга. Сырье, используемое в качестве биомассы, определяется лишь условиями его доступности.
Заявляемая группа изобретений, включающая строительный материал и соответствующий способ изготовления изделий из него, во всех трех вариантах их осуществления иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Строительный материал (вариант 1) и способ изготовления изделий из строительного материала (вариант 1)
3
В качестве органического наполнителя (биомассы) в исходной смеси для получения строительного материала берут (из расчета на 1 м готового строительного материала) солому злаковой культуры - овса, в количестве 100 кг, измельченную до размера частиц не более 30 мм и высушенную до влажности не более 8%, а также промышленную древесную стружку толщиной не более 1 мм в количестве 150 кг.
2
3
Подготовленную биомассу замачивают, погружая на 5 минут в 304,5 кг водного раствора 1,75% натриевого жидкого стекла (NaSiO), куда одновременно добавляют пластификатор - дибутилфталат в количестве 0,6 кг.
Затем биомассу поднимают для отстоя в течение 5 минут для стекания остатков раствора. После этого во влажную биомассу добавляют минеральное сырье в виде обезвоженных путем прокаливания и измельченных до фракции порошка отходов производства цемента марки 400 в количестве 200 кг и все перемешивают.
2
Полученную исходную смесь затем закладывают в формы под гнет верхнего щита с усилием 150 кг, в результате чего происходит формовка будущего изделия прессованием. Боковые стенки формы выполнены из легированной стали, содержащей не менее 18% хрома, и являются электродами, к которым подключен источник постоянного тока. В течение 55 мин на отформованную исходную смесь воздействуют постоянным током с плотностью 50 А/м, с периодической сменой полярности на электродах без перерывов через каждые 10 мин. После этого проводят выдержку изделия до конструкционной прочности в течение 2-х часов и затем вынимают его из формы.
3
В результате получается строительный материал, который может быть использован в качестве материала для стен в малоэтажных зданиях, и обладающий следующими показателями: объемный вес - 644 кг/м, теплопроводность (λ) - 0,15, прочность на сжатие (М) - 10.
Пример 2. Строительный материал (вариант 1) и способ изготовления изделий из строительного материала (вариант 1)
3
В качестве органического наполнителя (биомассы) в исходной смеси для получения строительного материала берут, как и в примере 1 (из расчета на 1 м готового строительного материала), солому овса в количестве 100 кг, измельченную до размера частиц не более 30 мм и высушенную до влажности не более 8%, а также промышленную древесную стружку толщиной не более 1 мм в количестве 200 кг.
2
3
Подготовленную биомассу замачивают, погружая на 10 минут в 305,25 кг водного раствора 1,5% натриевого жидкого стекла (NaSiO), куда одновременно добавляют 2 кг дибутилфталата.
Затем биомассу поднимают для отстоя в течение 5 минут для стекания остатков раствора. После этого во влажную биомассу добавляют минеральное сырье в виде обезвоженных путем прокаливания и измельченных до фракции порошка отходов производства цемента марки 400 в количестве 400 кг и все перемешивают.
2
Полученную исходную смесь формуют прессованием, как в примере 1, и в течение 65 мин воздействуют на нее постоянным током с плотностью 100 А/м, с периодической сменой полярности на электродах без перерывов через каждые 2 мин. После этого проводят выдержку изделия до конструкционной прочности в течение 12 часов и затем вынимают его из формы.
3
В результате получается строительный материал, который может быть использован для наружных и внутренних стен в малоэтажных зданиях, и обладающий следующими показателями: объемный вес - 670 кг/м, теплопроводность (λ) - 0,16, прочность на сжатие (М) - 15.
Пример 3. Строительный материал (вариант 2) и способ изготовления изделий из строительного материала (вариант 2)
3
В качестве органического наполнителя (биомассы) в исходной смеси для получения строительного материала берут (из расчета на 1 м готового строительного материала) костру льна в количестве 150 кг, высушенную до влажности не более 7%, а также промышленную древесную стружку толщиной не более 1 мм в количестве 100 кг.
2
3
2
Подготовленную биомассу замачивают, погружая на 7 минут в 304,5 кг водного раствора 1,75% натриевого жидкого стекла (NaSiO), куда одновременно добавляют гашеную известь Са(ОН) в количестве 30 кг.
Затем биомассу поднимают для отстоя в течение 5 минут для стекания остатков раствора. После этого во влажную биомассу добавляют минеральное сырье в виде обезвоженного путем прокаливания и измельченного до фракции порошка кальцита в количестве 200 кг и все перемешивают.
2
Полученную исходную смесь формуют прессованием, как в примере 1, и в течение 55 мин воздействуют на нее постоянным током с плотностью 50 А/м, с периодической сменой полярности на электродах без перерывов через каждые 10 мин. После этого проводят выдержку изделия до конструкционной прочности в течение 2-х часов и затем вынимают его из формы.
2
В результате получается строительный материал, который может быть использован в качестве материала для стен в малоэтажных зданиях, и обладающий следующими показателями: объемный вес - 624 кг/м, теплопроводность (λ) - 0,15, прочность на сжатие (М) - 10.
Пример 4. Строительный материал (вариант 2) и способ изготовления изделий из строительного материала (вариант 2)
3
В качестве органического наполнителя (биомассы) в исходной смеси для получения строительного материала берут (из расчета на 1 м готового строительного материала) костру льна в количестве 150 кг, высушенную до влажности не более 7%, а также промышленную древесную стружку толщиной не более 1 мм в количестве 150 кг.
2
3
2
Подготовленную биомассу замачивают, погружая на 10 минут в 305,25 кг водного раствора 1,5% натриевого жидкого стекла (NaSiO), куда одновременно добавляют гашеную известь Са(ОН) в количестве 60 кг.
Затем биомассу поднимают для отстоя в течение 5 минут для стекания остатков раствора. После этого во влажную биомассу добавляют минеральное сырье в виде обезвоженного путем прокаливания и измельченного до фракции порошка кальцита в количестве 400 кг и все перемешивают.
2
Полученную исходную смесь формуют прессованием, как в примере 1, и в течение 65 мин воздействуют на нее постоянным током с плотностью 100 А/м, с периодической сменой полярности на электродах без перерывов через каждые 2 мин. После этого проводят выдержку изделия до конструкционной прочности в течение 12 часов и затем вынимают его из формы.
3
В результате получается строительный материал, который может быть использован в качестве материала для стен в малоэтажных зданиях, и обладающий следующими показателями: объемный вес - 650 кг/м, теплопроводность (λ) - 0,15, прочность на сжатие (М) - 15.
Пример 5. Строительный материал (вариант 3) и способ изготовления изделий из строительного материала (вариант 3)
3
2
3
В качестве органического наполнителя (биомассы) в исходной смеси для получения строительного материала берут (из расчета на 1 м готового строительного материала) промышленную древесную стружку толщиной не более 1 мм в количестве 250 кг. Стружку замачивают, погружая на 10 минут в 304,5 кг водного раствора 1,75% натриевого жидкого стекла (NаSiO).
Затем стружку поднимают для отстоя в течение 5 минут для стекания остатков раствора. После этого во влажную биомассу (стружку) добавляют минеральное сырье в виде обезвоженного путем прокаливания и измельченного до фракции порошка известняка в количестве 200 кг и все перемешивают.
2
Полученную исходную смесь формуют прессованием, как в примере 1, и в течение 55 мин воздействуют на нее постоянным током с плотностью 50 А/м, с периодической сменой полярности на электродах без перерывов через каждые 10 мин. После этого проводят выдержку изделия до конструкционной прочности в течение 2-х часов и затем вынимают его из формы.
3
В результате получается строительный материал, который может быть использован в качестве утеплителя, звукоизоляционного материала, материала для внутренних перегородок в зданиях, и обладающий следующими показателями: объемный вес - 484,5 кг/м, теплопроводность (λ) - 0,13, прочность на сжатие (М) - 8.
Пример 6. Строительный материал (вариант 3) и способ изготовления изделий из строительного материала (вариант 3)
3
2
3
В качестве органического наполнителя (биомассы) в исходной смеси для получения строительного материала берут (из расчета на 1 м готового строительного материала) промышленную древесную стружку толщиной не более 1 мм в количестве 300 кг. Стружку замачивают, погружая на 10 минут в 305,25 кг водного раствора 1,5% натриевого жидкого стекла (NaSiO).
Затем стружку поднимают на 10 минут для стекания остатков раствора. После этого во влажную биомассу (стружку) добавляют минеральное сырье в виде обезвоженного путем прокаливания и измельченного до фракции порошка известняка в количестве 400 кг и все перемешивают.
2
Полученную исходную смесь формуют прессованием, как в примере 1, и в течение 65 мин воздействуют на нее постоянным током с плотностью 100 А/м, с периодической сменой полярности на электродах без перерывов через каждые 5 мин. После этого проводят выдержку изделия до конструкционной прочности в течение 12 часов и затем вынимают его из формы.
3
В результате получается строительный материал, который может быть использован в качестве материала для стен и перегородок в малоэтажных зданиях, и обладающий следующими показателями: объемный вес - 695 кг/м, теплопроводность (λ) - 0,15, прочность на сжатие (М) - 15.
Отличием заявляемого строительного материала от других (легких бетонов) является содержание в структуре биомассы окисла кальция, который определяется лабораторными тестами. Поэтому по сравнению с аналогами (например, с арболитом, элстаром, которые химически нестабильны) изделия из заявляемого строительного материала, полученного заявляемым способом, обладают химической устойчивостью к воздействию химических веществ, например, в виде кислотных дождей.
Изделия, получаемые заявляемым способом изготовления из заявляемого строительного материала, прочнее древесины, но легко обрабатываются. Свойства материала не нарушаются в естественных условиях: биомасса не разлагается (не гниет), т.к. все химические связи молекулы заняты кальцием, не горит в естественной среде (все химические связи заняты, и окисления (горения) не происходит). Авторы назвали свой материал «БИОМИН».
3
Объемный вес материала не более 700 кг/м, состоящий по объему на 70% из биомассы, 20% - минерального сырья и 10% - структурированной влаги.
3
«БИОМИН» может применяться в строительстве в качестве несущих и ограждающих конструкций стен, перегородок, различных элементов утепления и теплоизоляции. Прочность на сжатие 10-55 кг/см, коэффициент теплообмена 0,1-0,16 ккал (ч.м.С°), коэффициент термического расширения при изменении температуры на 1°С составляет 0,015 мм/м. Материал пластичен, не разрушается после длительного воздействия нагрузок, остаточная деформация отсутствует.
Благодаря своему строению, «БИОМИН» является хорошим звукоизолятором - при стандартных испытаниях получены значения звукопоглощения около 0,7. Это лучший акустический показатель для стеновых материалов данного назначения, что вполне объяснимо его пористо-ячеистой структурой. Влажность материала по массе на готовом сооружении составляет не более 10%. Материал не впитывает влагу после устройства в строение или сооружение, «дышит». Влага проникает в материал в воздушной фазе на глубину не более 10 мм. Теплопроводность составляет не более 0,16 Вт/мк. Лабораторные испытания на морозостойкость выдержаны на 25 циклах.
3
Материал прост в изготовлении, при этом используется стандартное строительное оборудование, не требует дорогой оснастки. Себестоимость производства 1 м конструкций не превышает 2000 рублей, что существенно влияет на себестоимость строительства в целом. Учитывая характеристики, «БИОМИН» может широко применяться в малоэтажном жилом и промышленном строительстве.
Кроме того, при изготовлении строительного материала «БИОМИН» не используются другие химические вещества, наполнители, связующие, что придает новому строительному материалу экологическую чистоту, а здания и сооружения, построенные из него, легко архитектурно оформлять, удобно и быстро выполнять внутреннюю и наружную отделку.