СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНОКЕРАМИКИ И ИЗДЕЛИЙ ИЗ НЕЕ
METHOD TO PRODUCE FOAM CERAMICS AND ITEMS FROM IT

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, главным образом к получению пенокерамических материалов, и может быть использовано для различных изделий для строительства эффективных конструкций жилых, промышленных и общественных зданий и других строительных объектов, а также для изготовления иных изделий декоративного назначения для устройства ландшафта местности и иных целей.
Известен способ приготовления пеноглинобетона, включающий приготовление шликера, формирование и 28-суточную выдержку. При этом шликер имеет следующий состав, мас.%: глина 43,8; цемент 21,9; известь 1,31; гидрофобная добавка 0,15; ускоритель отвердевания 0,31; пена 1,22; вода 31,28 (остальные) [см. статью: Черных В., Маштаков А., Галаган К., Шестакова Е. Строительные изделия с применением глинистого сырья // Строительные материалы. - 2003. - №12. - С.46-7].
Недостатком этого способа является относительно небольшая прочность, высокая плотность и низкий коэффициент водостойкости, низкая морозоустойчивость получаемых строительных изделий.
Известен также способ получения пенокерамики, который предусматривает перемешивание глины, заполнителя, фибры, воды и вспенивающего агента, формирование изделий, сушку и обжиг.В качестве фибры используют базальтовое волокно, в качестве заполнителя - молотое стекло или обожженную глину и пену. Дополнительно вводят пластификатор, жидкое стекло, фосфорную кислоту. Соотношение компонентов смеси составляет, мас.%: глина 46-56; заполнитель 7,8-12,8; жидкое стекло 0,07-0,77; фибра 0,39-0,43; пластификатор 0,13-0,23; фосфорная кислота 0,13-0,38; пена 2,6-3,8; вода остальное [см. заявку России №2004111833 по классу С04В 38/02, опубликованную 10.05.2005 года].
Недостатком этого способа является относительно небольшая прочность пенокерамических изделий и их повышенная теплопроводность.
3
Наиболее близким по своей сущности и достигаемому эффекту, принимаемым за прототип, является способ получения пенокерамики и изделий из нее, включающий совместное перемешивание глины, заполнителя, выгорающей, стабилизирующей и флюсующей добавок, жидкого стекла, пластификатора, портландцемента, воды и вспенивающего агента, формирование, сушку и обжиг изделий. В качестве выгорающей добавки используют древесные опилки фракции 0,25-0,315 мм, в качестве заполнителя - молотый бой керамического кирпича, в качестве флюсующей добавки - молотое стекло и отходы травления алюминия плотностью 1,05-1,3 г/см, в качестве вспенивающего агента - отдельно приготовленную пену, при этом глину, бой керамического кирпича и молотое стекло перед смешиванием компонентов измельчают до размера частиц 70-100 мкм, дополнительно вводят портландцемент; сушку отформованных образцов осуществляют при температуре 40-60°С, а обжиг при температуре 980-1050°С, при этом соотношение компонентов смеси составляет, мас.%: глина 36,30-41,90; молотый бой керамического кирпича 7,72-9,10; отходы травления алюминия 3,20-5,30; молотое стекло 6,30-9,70; жидкое стекло 1,25-1,29; древесные опилки 1,90-4,40; пластификатор 0,10-0,20; портландцемент 4,25-4,80; пена 0,30-0,40; вода 30,10-32,60 [см. патент России №2349563 по классу С04В 38/02, опубликованный 20.03.2009 г. в Бюл. №8].
Основным недостатком этого способа получения пенокерамики и изделий из нее является необходимость использования многокомпонентных смесей реагентов, некоторые из которых еще нуждаются в предварительной подготовке, например пена. Большое количество компонентов, как известно, ставит в высокую зависимость возможность реализации способа от них: если бы хотя одного из них не будет для приготовления смеси, способ осуществить невозможно. Кроме того, в состав смеси входят некоторые относительно дорогостоящие компоненты, что автоматически приводит к росту стоимости готовых изделий.
Вторым существенным недостатком известного способа получения пенокерамики и изделий из нее является высокая длительность процесса изготовления изделий из-за наличия операции сушки отформованных образцов при определенной температуре. Кроме того, способ предусматривает использование большого количества дорогостоящих жаростойких форм для формовки образцов, что еще в большей мере повышает себестоимость пенокерамических изделий.
Третьим существенным недостатком известного способа получения пенокерамики и изделий из нее следует считать его экологически загрязняющим из-за выгорания некоторых компонентов, например древесных опилок. Продукты выгорания попадают в окружающую среду и загрязняют ее.
В основу изобретения поставлена задача упрощения технологии получения пенокерамики с одновременным сокращением времени и стоимости изготовления изделий и получения экологически чистого процесса за счет уменьшения и изменения компонентов в смеси, изменения технологии вспучивания и стабилизации формы полуфабрикатов путем использования в смеси водного раствора силиката натрия или калия и воздействием на них сверхвысокочастотным электромагнитным излучением, повышение прочности изделий, полученных из пенокерамики.
Изобретение иллюстрируется рис.1 и 2.
3
Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе получения пенокерамики и изделий из нее, включающем перемешивание глинистого сырья или смеси глинистого сырья и наполнителя со вспенивающим и стабилизирующим форму агентом, формирование и обжиг изделий, согласно предложению в качестве вспенивающего и стабилизирующего форму агента используют водный раствор силиката натрия или калия плотностью 1350 кг/м, а на полученную смесь воздействуют сверхвысокочастотным электромагнитным излучением с частотой поглощения водой указанного излучения до образования вспученной массы, которую пропускают через отверстие, для получения изделий заданной отверстием формы, ее отвердение, при следующем соотношении компонентов, мас.%: глинистое сырье 55-60, указанный водный раствор силиката 40-45.
Для получения предложенной пенокерамики и изделий из нее в качестве глинистого сырья используется любая глина (в примерах, например, красная кирпичная глина) и суглинки из любого месторождения или смесь глины и наполнителя (например, строительный песок или измельченные породные отходы обогащения углей) в соотношении до 50% массы наполнителя к массе глины, и водный раствор силиката натрия (жидкое стекло по ГОСТ 13078-81), который представляет собой густую жидкость желтого или серого цвета без механических включений и примесей.
3
Предложенную пенокерамическую смесь готовят следующим образом: смеситель заполняют глиной или смесью глины и наполнителя и водным раствором силиката натрия или калия в указанных выше границах (в мас.%) и тщательно перемешивают до образования однородной массы полужидкой консистенции. При необходимости получения более жидкой консистенции в эту массу можно добавлять воду. Подготовленную таким образом полужидкую массу гранулируют (хотя это и не обязательно) путем продавливания массы через матрицу с фильерами - пластину с многочисленными отверстиями. Далее полученный гранулят подвергают воздействию сверхвысокочастотного электромагнитного излучения с частотой поглощения водой указанного излучения. Такая частота находится в пределах 0,9-15 ГГц (в примерах, например, 2,5 ГГц). Под воздействием указанного излучения гранулы полужидкой массы разогреваются до температуры примерно 150°С. При этом вода в водном растворе силиката натрия или калия превращается в пар, а масса вспучивается и внутри нее образуются поры. Разогрев полужидкой массы с использованием сверхвысокочастотного электромагнитного излучения позволяет равномерно воздействовать теплом на всю массу (что на поверхности, что в середине), что способствует однородному порообразованию во всем объеме полуфабриката. К тому же вышеуказанные силикаты натрия или калия являются хорошими стабилизаторами формы вспученной массы, что исключает необходимость введения в смесь дополнительных компонентов, препятствующих осадке вспученной массы. Этот процесс может (при необходимости) осуществляться непрерывно. Вспенивание (вспучивание) и отвердение происходит со скоростью 9 см/сек при воздействии на массу сверхвысокочастотным электромагнитным излучением мощностью 6 кВт.
3
Полученную таким образом еще пластичную вспученную массу далее пропускают через отверстие необходимой формы (например, отверстие имеет форму прямоугольника с размерами, совпадающими с размерами сечения обычного кирпича или строительного блока с пустотами) с одновременным ее прогреванием до отвердения. Далее, сформированный таким образом твердый «бесконечный» пористый «стержень» обрезается до необходимой длины размера - полуфабриката, который потом обжигают по обычной технологии, например, при температуре 950-1050°С, до образования пенокерамики. Длительность обжига зависит от вида используемой глины и находится в пределах 10-12 часов. Твердое состояние полуфабрикатов позволяет при обжиге не использовать специальные формы из жаростойкого материала. Предложенный способ позволяет получать пенокерамику с плотностью от 650 кг/м вплоть до плотности сплошной керамики. Плотность пенокерамики и размер пор определяются количеством раствора силиката, вводимого в смесь.
Предложенное техническое решение, по физическому явлению, относится к способу вспучивания - низкотемпературному газообразованию, может быть использовано практически в любом производстве керамических кирпичей для изготовления конструкционно-теплоизоляционных пенокерамических изделий, применяемых в строительстве жилых объектов, промышленных и общественных зданий.
Предложенное техническое решение (пенокерамика) проверено на практике, состоит из обычных и известных материалов, технология изготовления изделий не содержит никаких операций или оборудования, которые невозможно было бы воспроизвести на современном этапе развития производства, в частности производства строительных материалов, следовательно, приемлемо для промышленного применения, имеет определенные преимущества перед известными пенокерамическими изделиями из-за предложенного изменения состава смеси и вида энергетического воздействия на нее, что подтверждает достижение технического результата заявляемого объекта, в известных источниках информации не обнаружено подобных способов получения пенокерамических материалов и технологии изготовления из них изделий с отмеченными в предложении существенными признаками, а потому считается таковым, что может получить правовую охрану.
В таблице приведены составы для получения пенокерамики.
Компоненты
Состав, мас.%:
1
2
3
4
Красная глина
55
57
59
60
Наполнитель: строительный песок
-
27,5 (от массы глины)
-
измельченные отходы обогащения углей
-
-
-
30 (от массы глины)
Водный раствор силиката натрия плотностью 1350 кг/м<sup>3</sup>
45
-
41
-
Водный раствор силиката калия плотностью 1350 кг/м<sup>3</sup>
-
43
-
40
Прочность, кг/см<sup>2</sup>
75,2
77,46
70,23
71,5
Теплопроводность, Вт/м·°C
0,148
0,151
0,171
0,162
К техническим преимуществам предложенного технического решения по сравнению с прототипом можно отнести следующее:
- уменьшение количества компонентов в композиции пенокерамики за счет того, что в качестве стабилизатора формы и одновременно порообразователя использован водный раствор силиката натрия или калия;
- использование в составе смеси простых и распространенных во всем мире исходных материалов;
- однородность пористой структуры пенокерамики по всему объему за счет того, что прогревание полужидкой массы происходит под воздействием сверхвысокочастотного электромагнитного излучения с частотой поглощения водой указанных волн;
- непрерывная технология производства пористых полуфабрикатов необходимой геометрической формы за счет того, что пористая масса локально вспучивается и отвердевает в нужном месте под воздействием указанного излучения;
- простота изменения плотности пенокерамики и размеров в ней пор путем изменения количества водного раствора силиката в составе;
- нет необходимости в парке дорогостоящих форм, поскольку пористая масса имеет определенную форму и отвердевает еще до операции обжига;
- уменьшение энергозатрат для изготовления пенокерамических изделий за счет отсутствия длительной операции предварительной сушки полуфабрикатов.
Социальный эффект от использования предложенного технического решения в сравнении с использованием прототипа получают за счет применения экологически чистого производства, поскольку в процессе вспучивания массы выделяется только водяной пар.
Экономический эффект от внедрения предложенного технического решения в сравнении с использованием прототипа получают за счет снижения себестоимости изготовления изделий из пенокерамики в результате непрерывности технологии, уменьшения количества ингредиентов и отсутствия парка форм из дорогостоящих жаропрочных материалов.
После описания предложенной пенокерамики и способа ее получения и изготовления из нее изделий специалистам в данной отрасли знаний должно быть очевидным, что все вышеописанное является лишь иллюстративным, а не ограничительным, будучи представленным данным примером. Многочисленные возможные модификации форм изделий, изменения температурного режима обработки, могут изменяться в зависимости от последних достижений науки и техники и, понятно, находятся в пределах объема одного из обычных и естественных подходов в данной отрасли знаний, и рассматриваются таковыми, что находятся в пределах объема предложенного технического решения, а потому уже не требуют никакого творческого подхода от конструкторов и инженеров, следовательно, не могут считаться результатами их творческой деятельности или новыми объектами интеллектуальной собственности, отвечающими защите охранительными документами.