СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННО-КОНСТРУКЦИОННОГО СТРОИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА
METHOD TO PRODUCE HEAT INSULATION STRUCTURAL BUILDING MATERIAL

Изобретение относится к области строительной индустрии.
Изобретение относится к области строительной индустрии, в частности к способу получения строительного материала.
Задача получения качественных неорганических пористых строительных материалов в настоящее время практически решена. Способы производства пеностекла описаны в литературе, в частности в справочнике «Стекло», под редакцией Н.М.Павлушкина, Стройиздат, 1973 г., а также в патенте РФ №2300506.
Полученный известными способами материал имеет неравномерную пористость, что отрицательно сказывается на его прочности.
Кроме того, общий недостаток материалов, полученных известными способами, заключается в том, что они обладают небольшой прочностью на изгиб. Увеличить прочностные характеристики этих материалов можно, введя в тело такого пористого материала арматурную сетку. Если попытаться использовать шихту, полученную известными способами, для засыпки в жаропрочные формы с закрепленной в них неподвижно арматурной сеткой, то качественного армированного пористого материала не получится. Причина заключается в том, что арматура в жаропрочной металлической форме закреплена неподвижно, а шихта, засыпанная в форму, при обжиге увеличивается в объеме в несколько раз, заполняя все внутреннее пространство формы. В процессе увеличения объема шихты происходит движение вверх образующейся пористой массы относительно стенок жаропрочной формы, а также неподвижной стальной арматуры. При таком движении горячая пористая масса не может равномерно со всех сторон обволакивать прутки стальной арматуры, из-за чего после остывания пористой массы вокруг арматурных прутков образуются воздушные пустоты, т.е. не происходит надежного спекания пористой массы с арматурной сеткой.
Наиболее близким к предложенному является способ получения строительного материала, включающий смешение кремнеземсодержащего компонента, щелочного компонента и воды при указанном их соотношении, заполнение массой формы и нагрев до температуры вспучивания с последующим остыванием до температуры окружающей среды и извлечением из формы. Массу перед заполнением формы подвергают температурному воздействию до остаточной влажности менее 5 мас.%, измельчению до не более 100 мкм, обеспечивающему размер пор менее 3 мм, после заполнения формы - нагреву до 600°C с частичной дегидратацией, затем нагреву до температуры вспучивания - 650-900°C, остыванию по режиму: до 580°C со скоростью не выше 2°C/мин, до 250°C - не выше 8°C/мин, до 20°C - не выше 1,5°C/мин (патент РФ №2300506, опубл. 10.06.2007).
Техническим результатом изобретения является снижение металлоемкости процесса получения предложенного строительного материала, благодаря уменьшению повреждаемости и износа технологического оборудования, задействованного в процессе термообработки набухшей шихты, что в конечном итоге приведет к повышению устойчивости всей технологической схемы.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения теплоизоляционно-конструкционного строительного материала, включающем смешение кремнистой породы и щелочного компонента с получением гомогенной массы, последующую ее термообработку, помол полученного силикатного материала, засыпку в жаропрочные формы и обжиг, согласно изобретению термообработку гомогенной массы осуществляют при температуре 500-600°C, после помола силикатного материала полученный порошок частично гидролизуют путем добавления в него воды в количестве 4-12 мас.% от массы сухого порошка при перемешивании до набухания порошка. Кроме того, перемешивание полученного порошка предпочтительно осуществляют в смесителе миксерного типа.
В частном случае засыпку осуществляют в жаропрочную форму, в которой закреплена арматура из тугоплавкого материала, а последующий обжиг осуществляют при температуре 750-850°C. Предпочтительно в качестве арматуры использовать стальную арматуру.
Для наилучшего спекания используют арматуру из тугоплавкого материала, обмазанную жидким стеклом.
Согласно предложенному способу термообработанный при 500-600°C сухой гомогенный силикатный материал, размолотый в порошок с размером частиц менее 1 мм, перед тем как засыпать его в жаропрочную форму, смешивается с водой в соотношении 4-12 мас.% воды к массе сухого порошка в интенсивном смесителе (миксерного типа). В результате интенсивного смешивания происходит частичный гидролиз сухого порошка силикатного материала, что приводит к набуханию частиц этого порошка. Полученной таким образом шихтой засыпают полный объем жаропрочной металлической формы. Затем жаропрочную форму, с засыпанной в нее шихтой, устанавливают в печь и производят обжиг. Набухшая шихта, изначально заполнив весь объем жаропрочной формы, в процессе обжига, практически не увеличиваясь в объеме, превращается в пористую структуру. Следует отметить, что частично гидратированный порошок, относительно исходного, более равномерно прогревается во всем объеме, находясь в жаропрочной форме при обжиге, так как присутствие физической воды, в начале обжига, равномерно распределенной во всем объеме, создает для этого благоприятные условия (вода обладает большой теплопроводностью), в результате чего нагрев и плавление силикатной массы происходит одновременно во всем объеме, в результате чего структура пористого материала получается практически однородной. Так как объем засыпанной шихты в форме при обжиге практически не увеличивается, то не происходит как такового движения горячей пористой массы внутри жаропрочной формы, в которой установлена металлическая арматура, обмазанная жидким стеклом. При отсутствии движения горячей пористой массы относительно арматурной сетки происходит равномерное обволакивание прутков арматуры самой пористой массой. В результате пористая масса надежно спекается с металлической арматурой, причем обмазка арматуры жидким стеклом защищает металл от контакта с кислородом в процессе нагревания шихты, что в свою очередь исключает окалинообразование на прутках арматуры.
Способ реализуют следующим образом.
Добытое сырье (трепел) карьерной влажности проходит через глиноизмельчитель и подается в сушильный барабан, где подсушивается при температуре до 250 градусов. Подсушенное сырье подают на помол в шахтную мельницу аэрофольного типа. После помола сырье смешивали в растворомешалке со щелочью в соотношении 100% сухого трепела, 18% сухой щелочи - едкий натр (щелочь вводится ввиде 45% раствора). Полученную смесь укладывали в металлические емкости и на обжиговых вагонетках подавали в туннельную печь, где проводили обжиг массы при температуре 550°C в течение 10 часов. Термообработанная масса представляет собой куски плотного материала различного размера. Этот кусковой материал пропускали через глиноизмельчитель, вальцы тонкого помола и складировали полученный порошок, с размером частиц менее 1 мм, в бункере. Из бункера при помощи ленточных питателей сухой порошок подавали в интенсивный смеситель (миксер) периодического действия, туда же заливали воду в количестве 8% от массы сухого порошка. После интенсивного перемешивания в течение 10-15 минут набухший порошок по ленточным питателям подавали в металлические жаропрочные формы, в которые была заложена армирующая сетка, обмазанная жидким стеклом. Такой набухшей (гидратированной) шихтой заполняли весь объем жаропрочной формы. Жаропрочные формы тельфером устанавливали на обжиговые вагонетки и загоняли в туннельную печь, где происходил обжиг при температуре 750-780°C в течение 4 часов. После остывания до температуры около 20°C как формы, так и материала формы открывали и извлекали из них изделие ячеистой структуры, в теле которого находится надежно спеченная армирующая сетка. Форма получаемого изделия может быть различной, например блоки, плиты, панели, это зависит от конструкции жаропрочной формы и арматурной сетки.
Характеристики полученного материала:
3
более равномерная пористость, плотность пористой структуры - 350 кг/м, теплопроводность 0,09 Вт/(м*°C), предел прочности при сжатии 8 МПа, предел прочности при изгибе более 1 МПа, арматурная сетка надежно спечена с пористой массой теплоизоляционно-конструкционного материала.
Параметры размеров пор в структуре полученного материала, на срезе размером 100 мм × 100 мм, следующие:
1) материал, полученный по известной технологии - основной размер пор менее 3 мм, более 3 мм - 20 шт;
2) материал, полученный по предлагаемой технологии - основной размер пор менее 3 мм, более 3 мм - 10 шт.
Благодаря минимальному, не превышающему 10%, изменению объема в процессе термообработки помещенной в форму набухшей шихты расход формовочного оборудования снижен на 20-30%, что положительным образом отразилось на снижении металлоемкости предложенного способа.