СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПЛИТ УНИВЕРСАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF MAKING ALL-PURPOSE SLAB

Изобретение относится к области производства строительных материалов и изделий и может быть использовано при изготовлении плит и панелей, предназначенных для внутренней и внешней облицовки промышленных и гражданских зданий, подоконных плит, лестничных ступеней и малых архитектурных форм.
Основой многих строительных материалов (половых покрытий, стенных перегородок, панелей и др.) являются магнезиальные цементы.
Магнезиальным цементом называют материал, содержащий активный оксид магния (каустический магнезит, каустический доломит или синтетический оксид магния), затворенный раствором соли магния. В качестве раствора соли магния чаще всего используют растворы хлорида или сульфата магния. Магнезиальное вяжущее, затворенное раствором хлорида магния, называют цементом Сореля. Цемент Сореля состоит из оксихлоридов магния, состав которых зависит от условий приготовления и хранения [Наназашвили И.Х. Строительные материалы из древесно-цементной композиции. Л.: Стройиздат, 1990, 415 с.]. При твердении магнезиального цемента наряду с оксихлоридами магния образуется гидроксид магния [Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества. М.: Стройиздат, 1986, 464 с.].
Гидроксид магния обладает огнестойкими свойствами, что обуславливает его применение как наполнителя - антипирена в производстве полимерных композиций (ПВХ, ПА, ПЭ, ПП, АБС и др. термопластов, реактопластов, эластомеров), в резиновых смесях и ЛКМ, в бумажной промышленности (Позин М.Е. Технология минеральных солей, ч.1, изд. 4. Л.: Химия, 1974; Поливинилхлорид / Салмерс Дж., Уилки Ч., Даниэле Ч. СПб: профессия, 2007). Кроме того, гидроксид магния обладает очень низкой растворимостью и слабо выраженными основными свойствами.
Заполнителями для магнезиальных цементов, служат древесные опилки, стружки, костра и т.д. [Позин М.Е. Технология минеральных солей (удобрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот), ч.1. Л.: Химия, 1974, 792 с., Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества. М.: Стройиздат, 1986, 464 с., Наназашвили И.Х. Строительные материалы из древесно-цементной композиции. Л.: Стройиздат, 1990, 415 с.].
Раствор хлорида магния является отличной огнестойкой пропиткой для органических наполнителей, а также препятствует развитию в органических наполнителях микроорганизмов и мицелия [Наназашвили И.Х. Строительные материалы из древесно-цементной композиции. Л.: Стройиздат, 1990, 415 с.].
Все это делает строительные материалы на основе магнезиальных цементов антибактериальными, огнестойкими и экологически безопасными.
Известен способ [RU 2276117] получения сырьевой смеси, включающий перемешивание каустического магнезита с древесными опилками с последующим увлажнением массы водным раствором бишофита, который предварительно смешан с 0,3-0,6 об.ч. йодинола. Добавка йодинола в бишофит позволяет достичь бальнеологического эффекта сырьевой смеси. Однако полученный данным методом материал не обладает высокой прочностью и может использоваться только как отделочный: в виде облицовочной плитки, настенных панно и элементов решетчатых перегородок.
Известен также способ изготовления строительных материалов на магнезиальном вяжущем [RU 2121987], включающий смешение порошка каустического магнезитового, минерального наполнителя и водного раствора хлорида магния, формование изделий и их отверждение, в котором минеральный наполнитель предварительно активируют совместным помолом с химической и/или минеральной добавками. Минеральная добавка представляет собой электротермофосфорный шлак или пиритные огарки или их смесь, а химическая добавка представляет собой суперпластификатор или кремнийорганическую жидкость или их смесь. Введение суперпластификатора (предпочтительно марки С-3) обеспечивает повышение подвижности магнезиальной смеси, что позволяет применять литьевую технологию изготовления изделий. Данный способ позволяет утилизировать отходы производства, такие как электротермофосфорный шлак и пиритные огарки, однако прочностные характеристики полученного строительного материала являются недостаточно высокими: предел прочности при изгибе в возрасте 28 суток для разных составов составляет от 4,4 до 11,8 МПа и экологическая безопасность такого материала вызывает определенные опасения.
В способе приготовления сырьевой смеси [RU 2098381], включающем смешение магнезиального вяжущего с заполнителем с последующим затворением раствором бишофита, раствор бишофита предварительно обрабатывают в магнитном поле напряженностью 160-340 кА/м при скорости течения раствора в магнитном поле 0,6-1,5 м/с. Для усиления эффекта магнитной обработки раствор бишофита пропускают через указанное магнитное поле несколько раз. Предварительная обработка водного раствора бишофита в магнитном поле, по мнению авторов, приводит к его положительным структурным изменениям, что способствует получению более плотной и мелкозернистой структуры материала. Благодаря замене в рецептуре опилок на смесь песка с тальком, авторам удается снизить водопоглощение до 3,5% и повысить предел прочности на изгиб до 15 МПа. Однако исключение из рецептуры опилок, приводит к снижению звукоизоляционных свойств получаемых плит и повышению их теплопроводности, что является приемлемым при изготовлении отделочных плиток, но нежелательным при использовании сырьевой смеси для изготовления строительных плит различного назначения. Кроме того, многократная обработка раствора бишофита магнитным полем является аппаратурным усложнением процесса и повышает себестоимость строительного материала.
Наиболее близким по существу, принятым за прототип, является способ получения сырьевой смеси для изготовления строительных изделий [RU 2090535], включающий перемешивание каустического магнезита с целлюлозосодержащим заполнителем растительного происхождения, например опилками, с последующим увлажнением массы раствором хлорида магния и окончательное перемешивание. Вводимый в состав вспученный перлит предварительно опыляют каустическим магнезитом. Вспученный перлит повышает характеристики тепло- и звукоизоляции и пожаробезопасности строительных изделий. Однако, строительные изделия, полученные данным способом, имеют очень низкий предел прочности на изгиб, который составляет 7-8 МПа.
Целью настоящего изобретения является создание способа изготовления строительных плит универсального назначения, обладающих экологической безопасностью и достаточными эксплуатационными характеристиками, такими как прочность, тепло- и звукоизоляция при снижении их себестоимости за счет использования твердых отходов производства строительных плит.
Поставленная цель достигается тем, что способ изготовления строительных плит универсального назначения включает перемешивание магнезиального вяжущего, органического наполнителя, минерального наполнителя и водного раствора хлорида магния с последующим формованием, отверждением и сушкой, причем минеральный наполнитель состоит из двух или более компонентов, одним из которых являются твердые отходы производства строительных плит на основе магнезиального вяжущего, вторым - перлит, а перед добавлением в смесь все сухие компоненты перемешивают до однородного состояния, при этом соотношение компонентов в общей смеси составляет, мас.%:
Магнезиальное вяжущее
10-40
Раствор хлористого магния плотностью 1,1-1,3 г/см<sup>3</sup>
40-70
Органический наполнитель
4-15
Минеральный наполнитель
2-20
В качестве магнезиального вяжущего может быть использован каустический магнезит, каустический доломит, обоженный брусит и синтетический оксид магния.
3
Для приготовления водного раствора хлористого магния с плотностью 1,1-1,3 г/см может быть использован шестиводный хлорид магния или раствор хлорида магния природного происхождения (бишофит).
В качестве органического наполнителя могут быть использованы древесные опилки, древесная мука, шелуха рисовых семян, шелуха хлопковых семян, лузга подсолнечных семян и др. или их смесь.
Уникальные свойства строительного материала обеспечиваются, в частности, тем, что минеральный наполнитель состоит из двух и более компонентов, одним из которых являются твердые отходы производства строительных плит, а вторым - перлит.
При производстве строительных плит образуется ряд твердых отходов: отходы, получаемые при обрезке строительных плит под линейные размеры, некондиционные строительные плиты (брак), а также твердая фаза, выделенная из сточных вод указанного производства и др. Все эти отходы после сушки, измельчения и рассева могут использоваться в качестве минерального наполнителя для строительных плит.
Сточные воды производства строительных плит образуются при промывке смесителей, используемых для приготовления формовочной массы, линии для формования, а также при смыве с пола формовочной массы. Для выделения твердой фазы сточные воды отстаивают и декантируют. Выделенную твердую фазу сушат.
Твердые отходы производства строительных плит на основе магнезиального вяжущего получены по той же рецептуре или без применения твердых отходов производства строительных плит, или по любой технологии получения строительных плит универсального назначения на основе магнезиального вяжущего.
Твердые отходы строительных плит на основе магнезиального вяжущего имеют тот же состав, что и выпускаемые строительные плиты, поэтому при использовании в качестве наполнителя обладают теми же свойствами, а именно: экологической безопасностью, тепло- и звукоизолирующими свойствами, а также пожаробезопасностью.
Для утилизации твердых отходов необходимо, чтобы их содержание в минеральном наполнителе находилось в пределах 1-98% мас.
Размер частиц измельченных твердых отходов производства строительных плит не должен превышать 2 мм для равномерного распределения и сохранения однородности формуемых плит.
Вспученный перлит повышает характеристики тепло- и звукоизоляции и пожаро-безопасности строительных изделий.
Минеральный наполнитель, кроме указанных компонентов, может дополнительно содержать компонент, выбранный из группы природных или синтетических соединений кремния, включающей песок, белую сажу, полевой шпат, серпентинит, бентонит, каолин, волластонит, вермикулит и др. или их смесь. Силикаты и кремнеземы различного происхождения используются в магнезиальных цементах как минеральные наполнители и модифицирующие добавки, повышающие прочность, водостойкость и морозостойкость изделий на основе магнезиальных вяжущих.
Однородность формовочной массы, содержащей твердые отходы производства строительных плит на основе магнезиального вяжущего достигается предварительным смешением всех сухих компонентов в любом перемешивающем устройстве, обеспечивающем равномерное перемешивание. Во время перемешивания частицы минерального и органического наполнителя опыляются частицами магнезиального вяжущего, что обеспечивает их равномерное распределение в образующемся после затворения магнезиальном цементе и более прочное сцепление с ним. Затем полученная смесь сухих компонентов может быть затворена раствором хлористого магния, или, наоборот, добавлена в него.
Дополнительно для повышения подвижности и жизнеспособности в формовочную массу возможно добавление пластификатора. В качестве пластификатора может быть использован пластификатор на основе полиметиленсульфоната натрия или на сульфированной нафталинформальдегидной основе, или на сульфированной меламинформальдегидной основе, или на полиэтиленгликолевой основе, или на основе поликарбоксилатов.
Формование строительных плит, получаемых по предлагаемому способу, можно осуществлять литьем, литьем с виброуплотнением, литьем с прикатыванием и т.д. При формовании возможно расположение верхним и нижним слоем стеклосетки и/или нетканого полотна. Формование и отверждение строительных плит проводится при температуре 20-40°С, причем на отверждение в зависимости от температуры требуется 16-24 ч.
Предлагаемый способ изготовления строительных плит универсального назначения иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
3
3
57,9 мас.ч. брусита обожженного, 17,5 мас.ч. опилок, 2,7 мас.ч. перлита, 6,0 мас.ч. твердых отходов производства строительных плит на основе магнезиального вяжущего перемешивают 10-15 мин. Полученную сухую смесь затворяют 123,5 мас.ч раствора хлористого магния с плотностью 1,20 г/см. Перемешивают до получения однородной массы. Полученную формовочную массу подают на слой стеклосетки, размещенный на подложке, накрывают вторым слоем стеклосетки и прикатывают для уплотнения и удаления пустот. После отверждения образцы снимают с подложки и сушат при температуре 20°С 28 суток. Полученные образцы имеют следующие характеристики: предел прочности на изгиб (в возрасте 28 суток) - 14 МПа; морозостойкость - более 50 циклов; плотность - 900 кг/м; водопоглощение - 19%.
Пример 2
3
3
70,0 мас.ч. обожженного брусита, 16,6 мас.ч. шелухи рисовых семян, 2,8 мас.ч. перлита, 3,5 мас.ч. серпентинита, 10,0 мас.ч. твердых отходов производства строительных плит на основе магнезиального вяжущего перемешивают 10-15 мин. Полученную сухую смесь дозируют при перемешивании в 100,0 мас.ч. раствора хлористого магния с плотностью 1,24 г/см. Формование проводят по примеру 1. Полученные образцы имеют следующие характеристики: предел прочности на изгиб (в возрасте 28 суток) - 15 МПа; морозостойкость - более 50 циклов; плотность -1200 кг/м; водопоглощение - 12%.
Пример 3
3
3
75 мас.ч. каустического магнезита, 14,9 мас.ч. опилок, 2,5 мас.ч. перлита, 3,8 мас.ч. серпентинита и 7 мас.ч. твердых отходов производства строительных плит на основе магнезиального вяжущего перемешивают 10-15 мин. Полученную сухую смесь затворяют 94,6 мас.ч. бишофита с плотностью 1,24 г/см, предварительно смешанного с 1,17 мас.ч. суперпластификатора С-3 в жидкой форме. Формование проводят по примеру 1. Полученные образцы имеют следующие характеристики: предел прочности на изгиб (через 28 суток) -13 МПа; морозостойкость - более 50 циклов; плотность - 1215 г/см; водопоглощение - 13%.
Пример 4
3
3
35,0 мас.ч. синтетического оксида магния, 16,6 мас.ч. лузги рисовых семян, 2,8 мас.ч. перлита, 30,0 мас.ч. бентонита и 10,0 мас.ч. твердых отходов производства строительных плит на основе магнезиального вяжущего перемешивают 10-15 мин. Полученную сухую смесь затворяют 100,0 мас.ч. бишофита с плотностью 1,24 г/см. Формование проводят по примеру 1, за исключением того, что формовочную массу накрывают не стекло-сеткой, а нетканым полотном. Полученные образцы имеют следующие характеристики: предел прочности на изгиб (через 28 суток)- 17 МПа; морозостойкость - более 50 циклов; плотность - 1540 г/см; водопоглощение - 11%.
Представленные примеры показывают, что использование предлагаемого способа изготовления строительных плит позволяет получать строительные плиты с достаточно высокими прочностными характеристиками.
Приводимые примеры являются иллюстрацией и не ограничивают область заявляемого изобретения.
Изобретение позволяет существенно удешевить производство строительных плит на основе магнезиального вяжущего и улучшить экологическую ситуацию за счет утилизации твердых отходов собственного производства при сохранении показателей качества.
Строительные плиты универсального назначения, изготовленные предлагаемым способом, являются экологически чистым и биологически стойким материалом, не подвержены гниению и горению благодаря антисептическим и антипиреновым свойствам входящих в их состав компонентов. Они легко поддаются обработке (пилению, сверлению, забиванию гвоздей); могут быть использованы для жилищного и промышленного строительства.