КОНСТРУКЦИОННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Полезная модель относится к строительству и может быть использована при изготовлении строительных материалов.
Известны строительные элементы в виде блоков из пеностекла, используемых в качестве облицовочного материала и значительно реже - при возведении строительных конструкций.
Так, из патента на изобретение №2265582 известен блок, геометрическая форма которого может быть различной, и который мог бы использоваться как строительный элемент, из пеностекла, полученного из диспергированного утилизируемого вспененного стеклобоя. Пористость такого строительного блока равна 0,35-0,55. Блоки, изготовленные по этому способу могут выдерживать механические нагружения не менее 7 кг/см2. Однако, влагопоглощение этого блока составляет 10%, что является следствием недостаточной замкнутости контура пор. Такая высокая влагопоглощаемость резко сужает область применения стеклоблоков.
2
Из патента №2187473 известен строительный элемент в виде блока из пеностекла, который способен выдерживать механические нагрузки не менее 0,5 кг/см. Его изготавливают так же из материала - стекла с порами, образованными вспениваем диспергированного стеклобоя, с добавлением натриевого жидкого стекла; 0,2-1,5 активной сажи с удельной поверхностью 75-150 м2/г; 0,5-1,5 сульфата натрия; 0,6-12,0 активного кремнезема; 0,2-5,0 оксида бора. Водопоглощение этого блочного стекла составляет около 3,0%, что так же является достаточно высоким и негативно сказывается на его эксплуатационных свойствах.
8
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является строительный элемент (конструкционный строительный элемент), имеющий форму параллелепипеда,   выполненного из материала-  пеностекла, с порами, образованными перегородками из материала, содержащего стекло, а поры имеют замкнутый контур (RU 94249 U1, МПК E04C 1/42).
Недостатками его является также невысокие характеристики водопоглощения, прочности, плотности, кроме того, температура вспенивания при изготовлении такого строительного элемента также выше 800°С. Что  ухудшает условия техники безопасности и усложняет процесс изготовления, так как требует сложного оборудования.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является улучшение вышеупомянутых технических характеристик строительного элемента - прочности, плотности, морозостойкости, теплопроводности, упрощение изготовления, повышение безопасности и изготовления строительного элемента.
Этот технический результат достигается тем, что в конструкционном строительном элементе, имеющем форму параллелепипеда, выполненного из пеностекла с порами замкнутого контура, образованными перегородками из материала, содержащего стекло, отличающийся тем, что перегородки пор выполнены из материала дополнительно содержащего тальк при следующем соотношении компонентов, в масс.%:
Тальк
2-8
Стекло
Остальное.
При этом перегородки пор могут быть выполнены из материала, дополнительно содержащего соединения металлов в качестве минерального красителя в количестве 0,1-5 масс.% от смеси талька и стекла.
При этом конструкционный строительный элемент может быть выполнен размерами 250×125×60 мм.
Устройство поясняется рисунком фиг.1, на которой изображен конструкционный строительный блок в разрезе.
Цифрами обозначены следующие позиции: 1 - конструкционный строительный элемент, имеющий форму параллелепипеда, 2 - поры с перегородками, образованные в строительном элементе. При этом  известно, что «Пеностекло - высокопористый материал, состоящий из воздушных ячеистых пор, разделенных перегородками из стекловидного вещества»(см. Попова В.В. Материалы для теплоизоляционных и гидроизоляционных работ. - М.: Высшая школа, 1988).
2
Конструкционный строительный элемент изготавливают следующим образом. Из тарного или оконного боя стекла готовят тонко молотую шихту с удельной поверхностью >400 м/кг, содержащую стекло (92-98%) от общей массы и тальк (ГОСТ 21234-75) в количестве 2-8% от общей массы. Увеличение количества талька в шихте свыше 8% приводит к неоправданному расходу талька, так как необходимые свойства не улучшаются, а себестоимость пеностекла увеличивается,  уменьшение его количества менее 2% приводит к снижению порообразования, что отрицательно сказывается на технических характеристиках изделия. Шихту, содержащую тщательно перемешанные, порошки стекла и талька, дозируют в закрытую металлическую форму (в виде параллелепипеда) из легированной стали, которую подают в печь, например, туннельного типа или периодического действия. В течение 1-1,5 часа осуществляют нагрев от комнатной температуры до (720-780°С) и вспенивание (выдержку) при этой температуре в течение (10-30 минут). После вспенивания пеностекло резко охлаждают до температур 500-600°С в течение 3-10 минут, замораживая полученную ячеистую структуру. При этих температурах пеностекольные изделия извлекают из формы и направляют на отжиг в печь туннельного типа. Для облегчения операции извлечения пеностекольных изделий используются формы с разборными стенками.
Использование формы для получения изделия из пеностекла, которая выполнена с (разборными) стенками позволяет получать строительные элементы из пеностекла с заданными геометрическими размерами. Поверхность изделия в этом случае имеет остеклованную поверхность, а изделия - повышенную прочность.
Печь отжига по устройству аналогична печи вспенивания. После печи отжига блоки пеностекла извлекают из форм, упаковывают и направляют на склад. Формы зачищают металлической щеткой и на внутреннюю поверхность наносят неорганическое защитное покрытие, предотвращающее налипание расплавленного стекла. После нанесения покрытия формы подсушивают, заполняют шихтой и цикл вспенивания - отжига повторяют вновь. Возможно получение цветных изделий. Для этого в смесь стекла и талька при их перемешивании добавляют соединения металлов в качестве минерального красителя в количестве 0,5(0,1)-5 масс.% смеси. Это могут быть оксид кобальта ГОСТ 18671-73, оксид меди ТУ 6-09-02-381-85, диоксид титана ГОСТ 9808-84, двуокись марганца ГОСТ 25823-83, окись марганца ГОСТ 4470-79, окись хрома ГОСТ 2912-79 (ТУ 6-09-4272-84), окись железа ГОСТ 4173-77 (ТУ 6-09-5346-87), закись железа ГОСТ 2912-79, сульфид кадмия  ГОСТ 2912-79 (ТУ 6-09-02-551-95).
Тальк обладает более мелкой дисперсной структурой по сравнению с молотым стеклом. При перемешивании частицы более крупной фракции (стекла) как бы образуют скелет, пустоты которого заполняются частицами мелкой фракции (талька). При нагреве и достижении температуры 600°С частицы стекла начинают слипаться друг с другом, образуя поры, заполненные тальком и воздухом. Известно, что тальк относится к группе монтмориллонита, вследствие чего обладает листовой кристаллической решеткой (У.Уоррел «Глины и керамическое сырье» перевод с английского. Под ред. д-ра геол.-мин. Наук В.П. Петрова, Изд «Мир», М, 1978 г, с.42-44). У минералов этой группы отдельные кристаллы состоят из многих единичных сложных слоев (пакетов). Эти сложные пакеты прилегают друг к другу кремнеземистыми листами, между ними нет гидроксильных связей и они удерживаются совместно только вандерваальсовыми силами, которые легко разрываются. Вода, находящаяся в межслоевых позициях испаряется уже при температуре 150-300°С, однако вода, находящаяся внутри кристаллической решетки может начать испаряться только при дальнейшем повышении температуры уже после образования пор слипанием частиц стекла. Известно, что при закрытой пористости вода испаряется в порах, образуя микрозоны повышенного давления (В.И.Назаров, Р.Г.Мелконян, В.Г.Калыгин «Техника уплотнения стекольных шихт», М, Легпромбытиздат, 1985 г.). Поры под действием такого давления расширяются, вследствие чего происходит вспучивание стекла. При остывании (замораживании) вспученного стекла поры остаются такого же расширенного размера. Содержащиеся в тальке окислы распределяются по поверхности пор, то есть по поверхности перегородок, упрочняя их.
Примеры изготовления строительного элемента.
3
4
10
2
2
Пример 1. Смешивали 1000 г (92 масс.%) порошка боя оконного или бутылочного стекла или их смеси с 86,9 г (8 масс.%) талька молотого (MgSiO(OH)) для керамической промышленности (ГОСТ 21234-75), размалывали до удельной поверхности стекла 600 м/кг. Смесь засыпали в металлическую форму с размерами 250×125×60 мм и направляли в печь вспенивания периодического действия. Время нагрева печи до температуры 720°С 1 час 10 мин. В промежутке между печами вспенивания и отжига в течение 5 мин производили охлаждение пеноблока до 600°С, после чего замки формы в течение 10-30 с раскрывали, а саму форму направляли в печь отжига. Отжиг в интервале температур 550±50°С проводили со скоростью 1,2°С/мин. Технологические параметры получаемого строительного элемента из пеностекла приведены в таблице.
3
4
10
2
2
Пример 2. Смешивали 1000 г (98 масс.%) порошка боя оконного или бутылочного стекла или их смеси с 20,4 г (2 масс.%) талька молотого (MgSiO(OH)) для керамической промышленности (ГОСТ 21234-75), размалывали до удельной поверхности стекла 600 м/кг. Смесь засыпали в металлическую форму с размерами 250×125×60 мм и направляли в печь вспенивания периодического действия. Время нагрева печи до температуры 780°С 1 час 10 мин. В промежутке между печами вспенивания и отжига в течение 5 мин производили охлаждение пеноблока до 650°С, после чего замки формы в течение 10-30 с раскрывали, а саму форму направляли в печь отжига. Отжиг в интервале температур 550±50°С проводили со скоростью 1,2°С/мин. Технологические параметры полученного строительного элемента приведены в таблице.
2
Пример 3. Смешивали 1200 г (99,5 масс.%) боя стекла и талька и 6 г минерального красителя (окиси хрома - ГОСТ 2912-79) (0,5 масс.%), размалывали до удельной поверхности 600 м/кг. Смесь засыпали в металлическую форму с размерами 250×125×60 мм и направляли в печь вспенивания. Время нагрева печи до температуры вспенивания 1 час 10 мин. Время вспенивания при 720°С соответствовало 25 мин. В промежутке между печами вспенивания и отжига в течение 5 мин производили охлаждение пеноблока до 620°С, после чего замки формы в течение 10-30 с раскрывали, а саму форму направляли в печь отжига. Отжиг в интервале температур 550±50°С проводили со скоростью 1,2°С/мин. В результате получали конструкционный строительный элемент в светло-зеленого цвета.
Пример 4. Смешивали, как в примере 3 1200 г ((95 масс.%) боя стекла и талька и 62,5 г минерального красителя (оксид меди - ТУ 6-09-02-381-85) (5 масс.%). Смесь засыпали в металлическую форму с размерами 250×125×60 мм и направляли в печь вспенивания. Время нагрева печи до температуры вспенивания 1 час 10 мин. Время вспенивания при 780°С соответствовало 25 мин. В промежутке между печами вспенивания и отжига в течение 5 мин производили охлаждение пеноблока до 620°С, после чего замки формы в течение 10-30 с раскрывали, а саму форму направляли в печь отжига. Отжиг в интервале температур 550±50°С проводили со скоростью 1,2°С/мин. В результате получали конструкционный строительный элемент в темно-зеленого цвета.
Благодаря несколько повышенной плотности полученный элемент может использоваться как конструкционный в строительстве, например, для кладки стен.
№ п/п
Наименование показателей
Результаты испытания серии образцов:
Технические Требования по ТУ 21 002-2009 для марок: D300 D400 D500
Результаты испытания образцов по прототипу
Пример1
Пример 2
Пример3
1
Предел прочности при сжатии, ГОСТ 10180-90, МПа
7,91
2,86
3,76
2,5---4,5     6,0
0,9-1,4
2
Предел прочности при изгибе, МПа
4,70
1,81
2,37
0,7
-
3
Водопоглощение по объему, %, не более
0,8
4,8
4,0
Не юолее 5
28-40
4
Средняя плотность 12730.1-78, кг/м<sup>3</sup>
560
350
480
301-404501-350500-600
190-210
5
Морозостойкость, ГОСТ 25485-89 (испытания продолжаются)
F35
F35
F35
F50
F20
6
Теплопроводность в сухом состоянии, Вт/мК,ГОСТ 7076-99
0,11
0,08
0,10
0,83      0,10        0,11
0,076-0,085
Примесь красителя практически не влияет на технические характеристики, поэтому пример 4 в таблице не приведен. Из таблицы видно, что строительный элемент, полученный заявляемым способом, превосходит строительный элемент прототипа по таким показателям, как предел прочности, водопоглощение, морозостойкость, но уступает по теплопроводности и плотности. Для его изготовления не требуется повышенных температур, а следовательно улучшаются условия безопасности при изготовлении конструктивного строительного элемента, упрощается используемое оборудование, следовательно упрощается процесс изготовления элемента.