СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗ КРЕМНЕСОДЕРЖАЩИХ СМЕСЕЙ МНОГОСЛОЙНОЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ ПАНЕЛИ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF SANDWICH CONSTRUCTION BOARDS PRODUCTION FROM SILICON-BEARING MIXES (VERSIONS)

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области строительства, а именно к способам изготовления из кремнийсодержащей смеси многослойных строительных панелей. слои которых отличаются физико-механическими свойствами.
Уровень техники
Известен способ получения теплоизоляционного материала - плиты, блоки, сегменты и тому подобное по технологии, описанной в патенте на изобретение RU №2333176, опубл. 10.09.2008 [1], при котором осуществляют термообработку сырья.
2
3
2
3
В качестве сырья используют осадочные и вулканогенно-осадочные горные породы - опоки, трепела, диатомиты, сгюнголиты, радиоляриты и др., имеющие в своем составе 30-90% аморфного кремнезема, 10-40% глинистого материала - в основном монтмориллонита, в качестве постоянной примеси -обломочный песчано-алевритовый материал - кварц, глауконит и др. - до 10%, что обеспечивает химический состав, мас.%: 8Юз 30-98, ALO до 20. FO до 8, CaO до 25, MgO до 8, а в качестве щелочи - гидроксид натрия NaOH или гидроксид калия KOH.
Согласно этому способу кремнистое сырье с входящими в его состав кремнеземом, песчано-алевритовым материалом и глинистой составляющей подвергают до смешивания с остальными компонентами термической обработке в диапазоне 250-700°C в течение определенного времени, в результате чего полностью или частично оно теряет свои сорбциопные свойства и свойства к набуханию в связи с разрушением пористой структуры и полным или частичным выделением химически связанной воды и гидроксила, находящихся в структуре минералов. При этом потеря сорбционных свойств и свойств к набуханию происходит постепенно с увеличением температуры. При температуре 300°C, времени - 8 часов, далее дробление до фракции 0,5 мм и смешивание с водным раствором щелочи в соотношении 80 мас.% порошка кремнистой породы с 20% водного раствора щелочи в пересчете на сухие компоненты, выдержка 2 часа при 60°C, сушка при температуре 300°C за 6 часов, дробление до величины фракции 0,5-1,0 мм, повторная термообработка при температуре 300°C 8 часов. Вспучивание обжигом (спекание) осуществляют при температуре 680°C в течение 6 час.
В результате получают строительный теплоизоляционный материал со следующими характеристиками:
плотность
180-200 кг/м<sup>3</sup>
водопоглощение
меньше 5%
морозостойкость
100 циклов
теплопроводность
0.06-0,07 Вт·м/град.К
прочность на сжатие
15-25 кг/см<sup>2</sup>
Согласно этому же способу сырье измельчают и термообрабатывают при температуре 430-450°C в течение 8 часов, после чего смешивают с водным раствором щелочи в соотношении 92 мас.% порошка кремнистой породы с 8 мас.% водного раствора щелочи в пересчете на сухие компоненты. Вода используется в количестве, обеспечивающем формовочные свойства смеси, в данном случае 50 мас.% от массы сухих компонентов. Отформованные изделия выдерживаются при 20°C - 1 час для прохождения реакции силикатообразовапия и сушатся при температуре 70-110°C в течение 10 часов, после чего термообрабатываются при температуре 350°C в течение 6 часов до полного удаления физической и химической воды (гидроксильную воду, имеющуюся в небольшом количестве, можно не удалять, т.к. это не влияет на эксплуатационные свойства продукции). Обжиг (спекание) изделий производится при температуре 1200°C в течение 5 часов.
В результате получают высокопрочный конструкционный материал со следующими характеристиками:
плотность
1500-2000 кг/м<sup>3</sup>
прочность на сжатие
2600-3000 кг/см<sup>2</sup>
твердость по Моосу
5,5
водопоглощение
до 0
Известный способ [1] содержит следующие признаки заявляемого изобретения: способ изготовления из кремнийсодержащей смеси строительной панели, при котором при котором спекают слой кремнийсодержащей смеси в жаропрочной форме. Данный способ позволяет получить строительные изделия. отличающиеся физико-механическими свойствами. Однако известный способ [1] не позволяет получить многослойные строительные изделия, слои которых отличаются физико-механическими свойствами.
Известна многослойная стеновая панель из силикатного стекла или керамогранита и вспененного теплоизоляционного материала с закрытыми порами, предназначенная для облицовки и утепления строительных сооружений (RU №2275480 С1, 2006) [2]. В описании изобретения [2] раскрыт способ изготовления, согласно которому к облицовочному листу силикатного стекла или керамогранита посредством клеящей композиции через арматурную сетку присоединяют теплоизоляционный слой из вспененного теплоизоляционною материала с закрытыми порами.
Известный способ [2] содержит следующие признаки заявляемого изобретения: способ изготовления многослойной строительной панели, слои которой соединяют между собой. Данный способ позволяет получить строительные изделия, отличающиеся физико-механическими свойствами.
К недостаткам данного способа следует отнести его сложность - необходимость дополнительных технологических операций, что ведет к удорожанию всей конструкции панели. Кроме того, процесс крепления облицовки, в ряде случаев, является не контролируемым, что может привести к отрыву облицовки в процессе эксплуатации зданий и сооружений
Известен способ изготовления многослойной строительной панели (патент на полезную модель RU №93843, опубл. 10.05.2010) [3], согласно которому на дно жаропрочной формы укладывают керамическую плитку и засыпают кремнийсодержащую смесь, состоящую из слоя порошка молотого стекла или метасиликата определенной толщины, полученного путем смешения трепела с NaOH в определенном процентном отношении от массы сухого трепела и с определенным процентном отношением воды затворения от суммы масс сухого трепела и щелочи, затем засыпается слой кремнийсодержащей смеси из метасиликата определенной толщины, полученного путем смешения трепела с NaOH в ином процентном отношении от массы- сухого трепела и с иным процентным отношением воды затворения от суммы масс сухого трепела и щелочи.
После обжига (спекания) укачанной композиции при температуре 870°C получается монолитное изделие с различной плотностью и пористостью в различных его слоях.
Известный способ [3] содержит следующие признаки заявляемого изобретения: способ изготовления из кремний со держащих смесей многослойной строительной панели, слои которой отличаются физико-механическими свойствам и, при котором спекают слои кремнийсодержащих смесей в жаропрочной форме.
Способ [3] позволяет получить строительные изделия, отличающиеся физико-механическими свойствами.
Недостатком данного способа является то, что он не обладает широкими технологическими возможностями, так как не может быть использован для получения многослойных монолитных строительных изделий, слои которых отличаются различными температурами спекания (обжига).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ изготовления из кремнийсодержащих смесей многослойной строительной панели, слои которой отличаются физико-механическими свойствами [3], при котором спекают слои кремнийсодержащих смесей в жаропрочной форме.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом изобретения является расширение технологических возможностей за счет обеспечения возможности получать многослойные монолитные строительные изделия, слои которых отличаются физико-механическими и различными температурами спекания.
В первом варианте изобретения технический результат достигается за счет, что в способе изготовления из кремнийсодержащих смесей многослойной строительной панели, слои которой отличаются физико-механическими свойствами, при котором спекают слои кремнийсодержащих смесей в жаропрочной форме, сначала спекают слой кремнийсодержащей смеси, темпера тура спекания которого являются более высокой, затем полученную при спекании слоя смеси плиту помешают в форму, при этом между этой плитой и поверхностью формы размещают слой кремнийсодержащей смеси, температура спекания которого является более низкой, и выдерживают их вместе при температуре спекания низкотемпературного слоя смеси до образования монолитной конструкции.
Во втором варианте изобретения технический результат достигается тем, что в способе изготовления из кремнийсодержащих смесей многослойной строительной панели, слои которой отличаются физико-механическими свойствами, при котором спекают слои кремнийсодержащих смесей в жаропрочной форме, сначала спекают слои кремнийсодержащих смесей, температуры спекания которых являются более высокими, затем полученные при спекании слоев смесей плиты помещают в форму, при этом между этими плитами размещают слой кремнийсодержащей смеси, температура спекания которого является более низкой, и выдерживают их вместе при температуре спекания низкотемпературного слоя смеси до образования монолитной конструкции.
В качестве примера первого варианта изобретения приводится способ изготовления двухслойной строительной панели.
Наружный несущий и облицовочный слой панели может быть изготовлен по следующей технологии.
Кремнийсодержащая смесь может быть получена любым известным способом например, по технологии [1] - измельченное кремнистое сырье подвергают до смешивания с остальными компонентами термической обработке при температуре 430-450°C в течение 8 часов, после чего смешивается с водным раствором щелочи в соотношении 92 мас.% порошка кремнистой породы с 8 мас.% водного раствора щелочи в пересчете на сухие компоненты, выдерживают при 20°C - 1 час для прохождения реакции силикатообразования и сушат при температуре 70-110°C в течение 10 часов, после чего полученную смесь термообрабатывают при температуре 350°C в течение 6 часов до полного удаления физической и химической воды. Спекание изделия производят при температуре 1200°C в течение 5 часов в жаропрочной форме.
Таким образом, получают высокопрочную влагостойкую плиту.
Затем на дно жаропрочной формы засыпают в качестве кремнийсодержащей смеси слой порошка или гранул теплоизоляционного материала, например [1], либо порошка молотого стекла, смешанных с газообразователем, накрывают сверху полученной выше плитой и спекают при температуре 680°C для [1] и 700-900°C для порошка молотого стекла с газообразователем. В результате спекания (обжига) происходит надежное соединение вспученного теплоизоляционного материала (пеностекла) и плиты.
После остывания получается двухслойная строительная панель.
В указанной двухслойной строительной панели один слой, обычно наружный, - высокопрочный и влагостойкий, а второй слой, обычно внутренний, - теплоизоляционный.
Если требуется, чтобы второй слой обладал другими свойствами, то в качестве кремнийсодержащей смеси используют смеси, которые после спекания обладают этими свойствами. Например, морозостойкостью обладают кремнийсодержащие смеси, состоящие из измельченного кварцевого песка и немолотого песка в соотношении 1:1 и жидкого стекла (с модулем 2,5) в количестве 15% с температурой спекания от 600 до 1000°C.
Кремнийсодержащую смесь для теплоизоляционного материала по технологии [1] получают известным способом путем - термообработка сырья - 300°C, время - 8 часов, далее дробление до фракции 0,5 мм и смешивание с водным раствором щелочи в соотношении 80 мас.% порошка кремнистой породы с 20% водного раствора щелочи в пересчете на сухие компоненты, выдержка 2 часа при 60°C, сушка при температуре 300°C за 6 часов, дробление до величины фракции 0,5-1,0 мм, повторная термообработка при температуре 300°C 8 часов.
Кремнийсодержащая смесь для производства теплоизоляционного строительного материала (пеностекла) по порошковой технологии представляет собой тонкоизмельченное силикатное стекло (частицы 2-10 мкм) с газообразователем (обычно - углеродом).
Тонкоизмельченное в порошок стекло с добавками газообразователя нагрева до 700-850°C; выделяющийся при такой температуре газ вспенивает размягченное стекло
2
2
2
3
2
3
3
Кремнийсодержащая смесь для производства теплоизоляционного строительного материала (пеностекла) по гранулированной технологии представляет собой гранулы стекломассы с газообразователем. Гранулы обычно получаю из стекломассы, сваренной из следующих исходных материалов: кварцевого песка, известняка, соды и сульфата натрия. Можно также использовать отходы стекольного производства стекольный бой и бой стекла, следующего химического состава (%): SiO - 60-72; CaO - 4,5-6; MgO - 1,5-3,5; NaO - 13-15; AlO - 0,8-2; FeO - 0-2,5; SO - 0,4-0,5.
Стекломассу, сваренную ванной печи, превращают в гранулы. Для этого ее сливают на металлический конвейер и обильно орошают водой.
В качестве газообразователей применяют следующие материалы (% от массы стекла): антрацит - 1,5-2; кокс - 2-3; торфяной полукокс, известняк или мраморную крошку - 1-1,5; ламповую сажу - 0,2-0,5.
2
В результате нагрева до 800-900°C частицы стекла размягчаются до вязко-жидкого состояния, а углерод окисляется с образованием газообразных CO и СО, которые и вспенивают стекломассу. Механизм реакции газо- и ценообразования достаточно сложен и не ограничивается только реакцией окисления углерода кислородом воздуха, более важную роль играют окислительно-восстановительные процессы взаимодействия углерода с компонентами размягченного стекла. Применяют с этой целью отходы обычного стекла или легко спекающиеся горные породы с повышенным содержанием щелочей - трахит, сиенит, нефелин, обсидиан, вулканический туф. В качестве газообразователей применяют каменноугольный кокс, антрацит, известняк, мрамор. Углеродсодержащие газообразователи создают в пеностекле замкнутые поры, а карбонаты -сообщающиеся.
В качестве примера второго варианта изобретения приводится способ изготовления трехслойной строительной панели.
Первый наружный несущий и третий внутренний слои конструктивно-облицовочные слои панели в виде плит могут быть изготовлены по той же технологии [1] как и описанная выше технология изготовления первого слоя двухслойной строительной панели.
Затем на дно жаропрочной формы укладывают одну из полученных выше плит, на нее сверху засыпают в качестве кремнийсодержащей смеси слой порошка или гранул теплоизоляционного материала, например [1], либо порошка молотого стекла, смешанных с газообразователем, накрывают сверху второй полученной выше плитой и спекают при температуре 680°C для материала [1] и 700-900°C для порошка молотого стекла с газообразователем. В результате спекания (обжига) происходит надежное соединение вспученного теплоизоляционного материала (пеностекла) и плит.
После остывания получается трехслойная строительная панель.
Данный способ не ограничивается вышеприведенными примерами его реализации, как по использованию конкретных кремнийсодержащих смесей, так и по количеству слоев многослойной строительной панели, которое может быть и более трех, например 4.
В этом случае, первый наружный несущий и третий внутренний слои конструктивно-облицовочные слои панели в виде плит могут быть изготовлены по той же технологии [1].
Затем на дно жаропрочной формы насыпают в качестве кремнийсодержащей смеси слой порошка или гранул теплоизоляционного материала, например [1], либо порошка молотого стекла, смешанных с газообразователем, укладывают сверху одну из полученных выше плит, на плите сверху насыпают еще один слой той же кремнийсодержащей смеси, которую насыпали на дно жаропрочной формы, накрывают сверху второй полученной выше плитой и спекают при температуре 680°C для материала [1] и 700-900°C для порошка молотого стекла с газообразователем. В результате спекания (обжига) происходит надежное соединение вспученного теплоизоляционного материала (пеностекла) и плит. После остывания получается четырехслойная строительная панель. В данном примере использован второй вариант способа, при котором в жаропрочную форму укладывают плиты, полученные ранее в жаропрочной форме при более высокой температуре спекания, при этом между ними размещают слой кремнийсодержащей смеси с более низкой температурой спекания и выдерживают их вместе при температуре спекания низкотемпературного слоя смеси до образования монолитной конструкции.