ГРАНУЛИРОВАННЫЙ ЗАПОЛНИТЕЛЬ ДЛЯ СИЛИКАТНЫХ СТЕНОВЫХ ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ СТЕКЛОБОЯ, СОСТАВ СЫРЬЕВОЙ СМЕСИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СИЛИКАТНЫХ СТЕНОВЫХ ИЗДЕЛИЙ, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИЛИКАТНЫХ СТЕНОВЫХ ИЗДЕЛИЙ И СИЛИКАТНОЕ СТЕНОВОЕ ИЗДЕЛИЕ
GRANULATED FILLER FOR SILICATE WALL PRODUCTS BASED ON CRUSHED GLASS, COMPOSITION OF RAW MIX FOR MANUFACTURE OF SILICATE WALL PRODUCTS, METHOD FOR MANUFACTURING OF SILICATE WALL PRODUCTS AND SILICATE WALL PRODUCT

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для получения силикатных стеновых изделий - силикатного кирпича, плиток, блоков, стеновых панелей и т.п., подвергающихся автоклавной обработке при твердении.
Известен способ получения силикатных стеновых изделий, подвергающихся автоклавной обработке при твердении, включающий состав силикатной смеси и заполнитель в виде керамзитового гравия. Способ получения силикатных стеновых изделий, в частности силикатного кирпича, включает смешивание гашеной извести (10,2-12,2 мас.%), песка (39,8-47,8 мас.%), заполнителя в виде керамзитового гравия с размером зерен 5-10 мм (40-50 мас.%), доувлажнение смеси до формовочной влажности, формование строительных изделий, которые подвергают автоклавной гидротермальной обработке острым паром [Патент РФ №2243180, кл. 7 С04В 28/22, 2002].
Недостатками данного способа, силикатной смеси и заполнителя является то, что используемый заполнитель не способствует увеличению водостойкости и морозостойкости силикатных стеновых изделий, а также высокие энергозатраты при получении обжигового заполнителя - керамзитового гравия.
Наиболее близкими к предлагаемому решению является способ получения силикатных стеновых изделий, например силикатного кирпича, состав силикатной смеси, заполнитель для нее в виде обожженной при 1180°С и дробленной до фракции 0,4-1,2 мм глинистой кремнеземсодержащей породы, пропитанной известковой суспензией, и силикатное стеновое изделие. Способ по прототипу включает в себя перемешивание двух компонентов - известьсодержащего и заполнителя, состоящего из кремнеземсодержащего компонента (глинистая вспученная порода), пропитанного известьсодержащим компонентом (известковой суспензией), доувлажнение смеси до формовочной влажности, формование изделий и запаривание в автоклаве при давлении 1 МПа при температуре 178°С в течение 12 часов [Патент РФ №2142440, кл. 6 С04В 28/18, 1998].
Недостатками указанных способа, силикатной смеси, заполнителя и силикатного стенового изделия является то, что используемый заполнитель не способствует увеличению водостойкости и морозостойкости силикатных стеновых изделий, не позволяет существенно снизить их теплопроводность, а также высокие энергозатраты при получении обжигового заполнителя и, как следствие, при получении стеновых изделий.
Предлагаемое изобретение решает задачу повышения водостойкости и морозостойкости, уменьшения теплопроводности при сохранении прочностных показателей силикатных стеновых изделий, подвергающихся автоклавной обработке при твердении, а также снижает энергозатраты при получении стеновых изделий за счет снижения энергозатрат при получении заполнителя.
2
3
Результат достигается с помощью гранулированного композиционного заполнителя для силикатных стеновых изделий, изготовленного из кремнеземсодержащего и известьсодержащего компонентов, в котором согласно предлагаемому решению он выполнен в виде гранул размером 0,5-10,0 мм, состоящих из ядра и оболочки, где ядро получено гранулированием смеси совместно молотых до удельной поверхности 150-250 м/кг кремнеземсодержащего компонента - стеклобоя и гидроксида щелочного металла при их массовом соотношении 0,70-0,95:0,05-0,30 со связкой - водным раствором силиката натрия плотностью 1,2-1,3 г/см в количестве 0,1-7,0% от смеси, формирование оболочки на поверхности ядра гранулы производят в среде сухой пылевидной смеси совместно молотых негашеной извести и натрия кремнефтористого при их массовом соотношении 0,85-0,95:0,05-0,15, с последующим твердением до прочности не менее 2,1 МПа.
Технический результат достигается тем, что сырьевая смесь для изготовления силикатных стеновых изделий включает вышеуказанный заполнитель, негашеную известь и кварцевый песок при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный заполнитель - 5-40, негашеная известь - 10,0-12,5 и кварцевый песок - 50,0-82,5.
Технический результат достигается тем, что способ получения силикатных стеновых изделий, включает получение вышеуказанной сырьевой смеси путем перемешивания ее компонентов, увлажнение смеси до формовочной влажности, формирование при давлении изделий и их автоклавную обработку.
Результат достигается с помощью силикатного стенового изделия, характеризующегося тем, что оно получено указанным способом.
Характеристика компонентов:
1. В качестве компонента для сырьевой силикатной смеси и защитной оболочки заполнителя использовали известь негашеную строительную производства ОАО «Стройматериалы», г.Белгород по ГОСТ 9179-77.
2. В качестве компонента сырьевой силикатной смеси использовали природный кварцевый Вольский песок по ГОСТ 6139-2003.
2
2
3
2
3
2
2
3
3. В качестве кремнеземсодержащего компонента для изготовления ядра заполнителя использовали дробленый бой зеленого тарного стекла, г.Воронеж. Химический состав, мас.%: SiO - 66,3; АlO - 10,1, FеО - 1,2, TiO - 0,4, CaO - 6,1; MgO - 0,2; RO - 14,6; SO - 0,2, п.п.п. - нет.
Стеклобой дробили в молотковой дробилке и хранили в накопительных бункерах.
4. В качестве гидроксида щелочного металла использовали:
- гидроксид натрия по ГОСТ 2263-79.
- гидроксид калия по ГОСТ 24363-80;
- гидроксид лития по ГОСТ 8595-83.
2
6
5. Натрий кремнефтористый NaSiF по ТУ 6-09-1461-91.
6. Вода водопроводная по ГОСТ 23732-79.
7. При гранулировании порошка совместно молотого стеклобоя с гидроксидом щелочного металла на тарельчатом грануляторе использовали водный раствор силиката натрия (жидкое стекло) по ТУ 2385-001-54824507-2000 плотностью 1,2-1,3
3
г/см.
2
3
Для получения ядер гранулированного заполнителя при реализации заявляемого способа получения силикатных стеновых изделий дробленый стеклобой дозировали с гидроксидом щелочного металла весовым методом. Полученную смесь загружали в шаровую мельницу и производили смешивание и помол до достижения удельной поверхности 150…250 м/кг. Гранулирование полученной шихты осуществляли с помощью тарельчатого гранулятора путем разбрызгивания на поверхность порошка водного раствора силиката натрия плотностью 1,2-1,3 г/см. Скоростью вращения и углом наклона тарелки гранулятора регулировали диаметр гранулированного материала. Полученные ядра направляли на окатывание порошком извести, молотой совместно с натрием кремнефтористым при их соотношении 0,85-0,95:0,05-0,15 по массе. На сите с размером ячеек 0,5 мм отделяли гранулированный материал и направляли на хранение при температуре окружающей среды. Контроль набора прочности гранулированного заполнителя при температуре окружающей среды производили путем испытания в цилиндре по ГОСТ 9758.
2
3
Пример. Приготовление ядер гранулированного заполнителя. Стеклобой (8 кг) и гидроксид натрия (2 кг), т.е. в соотношении 0,80:0,20 по массе (табл., смесь 1) мололи в мельнице совместно до удельной поверхности 200 м/кг. Полученный порошковый материал подавали на тарельчатый гранулятор. На поверхность порошка путем разбрызгивания наносился водный раствор силиката натрия плотностью 1,25 г/см. Скоростью вращения и углом наклона тарелки гранулятора регулировали диаметр получаемых ядер, который составлял в данном случае 4,4-4,5 мм.
Получение защитной оболочки на ядрах. Полученные ядра направляли на опудривание порошком извести (9 кг), молотой совместно с кремнефтористым натрием (1 кг), т.е. в соотношении 0,90:0,10 до получения гранул размером 5,0 мм (табл.1, смесь 1). Опудривание производили в барабанном смесителе.
Часть полученного гранулированного материала после хранения в течение 36 часов при температуре окружающей среды испытывали на прочность путем сдавливания в цилиндре по ГОСТ 9758; остальной - использовали при приготовлении бетонных смесей для изготовления образцов строительных изделий. Прочность гранул при сжатии составляла 3,1 МПа.
Приготовление силикатной сырьевой смеси. Дозировку компонентов производили весовым способом: 1,15 кг негашеной извести (11,5 мас.%, табл.1, смесь 1), 5,85 кг песка (58,5 мас.%) и 3,0 кг (30 мас.%) гранулированного заполнителя перемешивали, гасили в шнековом смесителе и доувлажняли до формовочной влажности, которая составляла 12%.
Формование образцов производили традиционным способом при давлении 20 МПа.
Гидротермальную обработку образцов производили в автоклаве при давлении 1 МПа и температуре 178°С в течение 12 часов согласно прототипу [Патент РФ №2142440, кл. 6 С04В 28/18, 1998].
Заполнитель по прототипу (см. патент РФ №2142440, пример №4) состоял из молотой до фракции 0,4-1,2 мм глинистой вспученной породы, пропитанной известковой суспензией и имел прочность при раздавливании в цилиндре 1,7 МПа.
Полученные образцы стеновых изделий испытывали на прочность (по ГОСТ 10180), определяли теплопроводность (по ГОСТ 7076), морозостойкость (по ГОСТ 7025-91) и водостойкость - относительную потерю прочности при сжатии образцов после 25 циклов замачивания. Результаты испытаний приведены в табл.2 (смесь 1).
Таким же образом были получены стеновые изделия с другими составами компонентов (табл.1), результаты определения физико-механических свойств силикатных изделий после автоклавной обработки приведены в табл.2, смеси 1-16.
Анализ данных (табл.2) результатов испытаний свойств образцов силикатных строительных изделий показывает следующее.
1. Введение в состав силикатной смеси заявляемого гранулированного заполнителя размером 0,5-10 мм, состоящего из ядра в виде связанных между собой жидким стеклом совместно молотого стеклобоя и гидроксида щелочного металла, которое покрыто оболочкой из молотой извести и кремнефтористого натрия в заявляемых количествах, позволяет получать прочные водостойкие силикатные стеновые изделия с пониженной теплопроводностью, повышенными водостойкостью и морозостойкостью, при этом за счет исключения обжига заполнителя значительно снижается энергоемкость полученных стеновых изделий.
2
2. Уменьшение количества гранулированного заполнителя в составе бетонной смеси до 5 мас.%, а также соотношения в ядре заполнителя гидроксида щелочного металла до 0,05 по отношению к массе стеклобоя, удельной поверхности порошкового материала ядра до 150 м/кг, соотношения кремнефтористого натрия в защитной оболочке гранулы до 0,05 по отношению к массе извести и диаметра гранул заполнителя до 0,5 мм приводит к снижению прочности гранулированного заполнителя, уменьшает его реакционную способность, что приводит к увеличению теплопроводности, уменьшению водостойкости, морозостойкости и прочности получаемых образцов силикатных стеновых изделий (смеси 2, 7 и 12, табл.2), данные составы приняты как граничные.
Дальнейшее уменьшение названных соотношений и параметров приводит к существенному снижению комплексных физико-механических показателей гранулированного заполнителя и силикатных стеновых изделий, поэтому составы смесей 4, 9 и 14 выходят за рамки заявляемых составов силикатных стеновых изделий.
2
3. Использование гранулированного заполнителя в составе силикатной смеси в количестве 40 мас.%, а также соотношения в ядре заполнителя гидроксида щелочного металла в количестве 0,30 по отношению к массе стеклобоя, удельной поверхности порошкового материала ядра до 250 м/кг, соотношения кремнефтористого натрия в защитной оболочке гранулы до 0,15 по отношению к массе извести и диаметра гранул заполнителя до 10 мм приводит также к снижению прочности гранулированного заполнителя, повышенному расходу жидкого стекла для связки передиспергированных компонентов. Чрезмерно высокая активность гранулированного заполнителя размером более 10 мм при автоклавной обработке силикатных изделий приводит к образованию крупных пор в их массиве с множеством структурных дефектов, что также приводит к увеличению теплопроводности, уменьшению водостойкости, морозостойкости и прочности получаемых образцов силикатных стеновых изделий (смеси 3, 8 и 13, табл.2), данные составы приняты как граничные.
Дальнейшее увеличение названных соотношений и параметров приводит к существенному снижению физико-механических показателей силикатных стеновых изделий, поэтому составы смесей 5, 10 и 15 выходят за рамки заявляемых составов силикатных стеновых изделий.
При оптимальном соотношении компонентов (смеси 1, 6 и 11, табл.1) полученные силикатные стеновые изделия имеют следующие преимущества по сравнению с известными:
1) при сохранении прочностных показателей теплопроводность уменьшается в 1,3-1,5 раза, водостойкость увеличивается на 15-20%, а морозостойкость - в 1,3-1,6 раза;
2) заявляемый гранулированный заполнитель не требует тепловой обработки при изготовлении, за счет этого снижаются энергозатраты при получении силикатных стеновых изделий.
При использовании сырьевых силикатных смесей с граничными соотношениями компонентов (смеси 2, 3, 7, 8, 12 и 13, табл.1) полученные силикатные изделия практически сохраняют водостойкость и прочностные характеристики по сравнению с аналогичными свойствами прототипа.
В процессе нанесения защитной оболочки из молотой извести и кремнефтористого натрия на ядро заполнителя происходит взаимодействие компонентов оболочки с жидким стеклом, приводящее к быстрому росту прочности гранул заполнителя при температуре окружающей среды, что позволяет использовать его при приготовлении силикатных смесей без дополнительного энергоемкого температурного отверждения. В процессе автоклавной обработки заявляемых силикатных изделий в ядрах гранулированного заполнителя синтезируются водорастворимые силикаты натрия, которые, проникая сквозь защитную оболочку, обеспечивают чрезвычайно прочное сцепление заявляемых гранул с силикатной матрицей изделия.
Композиционный заполнитель по прототипу при введении его в состав силикатных стеновых изделий в процессе автоклавной обработки проявляет невысокую активность, в граничных зонах контакта не взаимодействует с силикатной матрицей по объему. При приложении внешней нагрузки (испытание прочности при сжатии и изгибе) разрушение этих строительных изделий происходит по границам контактов между данным заполнителем и силикатной матрицей, т.е. достаточно прочного сцепления его с силикатной матрицей, как у заявляемого гранулированного композиционного заполнителя, не наблюдается.
Получаемые по заявляемому способу силикатные стеновые изделия обладают, кроме того, улучшенными адгезионными свойствами по отношению к кладочным и штукатурным растворам.