СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОНСТРУКЦИОННО-ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО СТРОИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ АЛЮМОСИЛИКАТНЫХ МИКРОСФЕР
METHOD OF PRODUCING STRUCTURAL-HEAT INSULATING MATERIAL BASED ON ALUMINOSILICATE MICROSPHERES

Изобретение относится к области строительной индустрии и, в частности, может быть использовано для получения конструкционно-теплоизоляционных и теплоизоляционных строительных материалов при изготовлении элементов зданий и сооружений в промышленном и гражданском строительстве.
В современной промышленности при изготовлении теплоизоляционных материалов используются различные наполнители. Так, в последнее время стали применяться микросферы: искусственные и отходы производства ТЭЦ - полые газонаполненные стеклокристаллические алюмосиликатные микросферы размером в среднем от 20-50 мкм до 400-500 мкм, которые образуются при высокотемпературном факельном сжигании топлива. Алюмосиликатные микросферы благодаря свойственному им набору химических и физических характеристик нашли применение в производстве различных композиционных материалов, в частности легковесных наполнителей при изготовлении ограждающих сборных и монолитных изделий и конструкций. Изделия с добавлением микросфер обладают повышенной износостойкостью, легкостью, при этом высокой прочностью и низкой теплопроводностью.
3
3
Известен способ получения ячеистых строительных материалов, включающий получение пены в смесителе, перемешивание компонентов с использованием пенообразователя, жидкого стекла, формование полученной смеси, выдержку, распалубку, при этом используют жидкое стекло из микрокремнезема с силикатным модулем 2-4, причем сначала 1-7 частей указанного жидкого стекла с плотностью 1,18-1,20 г/см перемешивают с пенообразователем в высокоскоростном смесителе принудительного действия до 10-12-кратного вспенивания, затем при постоянном перемешивании в полученную пену вводят 35-42 части указанного жидкого стекла плотностью 1,35-1,45 г/см, полученную пену минерализуют микрокремнеземом - отходом производства кремния, а после распалубки осуществляют сушку (Патент РФ №2209803, МПК С04В 38/10, В28С 5/00, 2002 г.).
3
Известна сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционно-конструкционного материала, содержащая, масс.%: жидкое натриевое стекло из микрокремнезема с силикатным модулем 2÷3 и плотностью 1,2÷1,5 г/см 62,5-64,1, микрокремнезем 23,1-25, кремнефтористый натрий 6,25-6,4, золу-унос от сжигания обезвоженных осадков очистных сооружений промстоков Усть-Илимского ЛПК в печах с кипящим слоем 6,25÷6,4 (Патент РФ №2317961, МПК С04В 28/26, 2006 г.).
Известен способ получения материалов на основе жидкого стекла, включающий смешение жидкого стекла с водой и добавкой с последующим смешением с заполнителем, часть которого предварительно измельчена, формование изделий и их термообработку, при этом вначале измельчают смесь, состоящую из жидкого стекла, кварцевого песка, добавки и воды, затем добавляют немолотый заполнитель, а отформованные изделия подвергают термообработке при температуре 300-360°С (Патент РФ №2109710, МПК С04В 38/00, 1998 г.).
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ изготовления поризованных теплоизоляционных материалов на основе жидкого стекла и несортированного боя технического стекла в условиях тепловой обработки при повышенном значении рН среды и интенсивном растворении аморфного кремнезема, сопровождающимся увеличением кремнеземистого модуля жидкого стекла, в основу которого был положен способ сухой минерализации пены. Снижение размеров пор до определенного предела достигается путем более интенсивного перемешивания пеномассы на этапе ее минерализации. Способ включает вспенивание пены в смесителе, перемешивание компонентов с использованием жидкого стекла и пенообразователя типа, совместимого со щелочной средой, в качестве которого использовались ПАВ катионового типа - оксид алкилдиметиламина или катамин, формование полученной смеси, предварительную сушку, расформовку, термообработку, выдержку (Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук на тему: «Поризованный теплоизоляционный материал на основе стеклобоя», автор Зайцева Е.И., Московский государственный строительный университет, 1998 г. (05.23.05 - Строительные материалы и изделия).
Известен теплоизоляционный состав, содержащий в качестве связующего жидкое минеральное стекло, в качестве огнеупорного наполнителя полые микросферы на основе кремнийсодержащего вещества и в качестве агента отверждения и структурообразования соль щелочного металла. Компоненты состава последовательно смешивают и готовят композицию, которую, в свою очередь разливают по формам. Образцы формуют при 300-400°С, остужают и извлекают из формы (Патент РФ №2098379, МПК С04В 28/24, С04В 111:20, 1997 г.).
Указанный теплоизоляционный материал по своим характеристикам не обладает необходимыми свойствами по теплопроводности при указанной плотности и прочности.
Задача настоящего изобретения заключается в разработке способа получения теплоизоляционного материала с высокой относительной механической прочностью, при снижении средней плотности и теплопроводности, без использования дорогостоящих компонентов смеси.
Цель изобретения - получение конструкционно-теплоизоляционного прочного, экологически чистого негорючего материала.
3
Указанная цель достигается тем, что в известном способе получения ячеистых конструкционно-теплоизоляционных строительных материалов, включающем перемешивание алюмосиликатных микросфер и вяжущего - жидкого стекла, формование, термообработку, выдержку, остывание, используется жидкое стекло натриевое и/или калиевое с модулем 1-4 и плотностью 1,1-1,47 г/см, а формование осуществляется с удельной нагрузкой 1,5-5,0 МПа, при этом термообработка включает два этапа: I этап термоудара - путем повышения температуры до 100-130°С за 7-15 минут, выдержку - при 100-130°С 7-15 минут, II этап термоудара - путем подъема температуры до 300-550°С в течение 10-30 минут, выдержку - 40-80 минут и остывание в печи в течение 5-8 часов, при следующем соотношении компонентов: алюмо-силикатные микросферы 65-97% об., указанное жидкое стекло 3-35% об.
Приготовление материала осуществляется следующим образом.
Пример
2
2
2
2
3
Алюмосиликатные микросферы в количестве 65÷97% по объему и вяжущее вещество на основе минерализованных пен из жидкого стекла или жидкое стекло (натриево-калиевое), (натриевое [NaO(SiO)n] и/или калиевое [KO(SiO)n]) с модулем 1÷4 и плотностью 1,1÷1,47 г/см в количестве 35÷3% по объему, соответственно, перемешивают в смесителе до образования однородной массы. Полученную смесь формуют с удельной нагрузкой 0,1÷7,0 МПа, производят термообработку, включающую повышение температуры до 100÷130°С за 7÷15 минут (термоудар - 1 этап), выдержку при 100÷130°С в течение 7÷15 минут, подъем температуры до 300÷550°С в течение 10÷30 минут (термоудар - II этап), выдержку - 40÷80 минут, остывание в печи в течение 5÷8 часов.
В таблицах 1, 2 представлены данные по результатам испытаний.
3
Предлагаемый способ изготовления конструкционно-теплоизоляционного строительного материала на основе алюмосиликатных микросфер позволяет получить материал с повышенными прочностными и теплозащитными характеристиками при его средней плотности 400-700 кг/м.
Таблица 1
Составы по примерам
Алюмосиликатные микросферы, масс.%
Жидкое стекло, масс.%
Давление, пресс, МПа
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
Раствор силиката калия [K<sub>2</sub>O(SiO<sub>2</sub>)n]
Раствор силиката натрия [Na<sub>2</sub>O(SiO<sub>2</sub>)n]
Пример 1
70
30
-
32
540
Пример 2
85
-
15
16
450
Пример 3
65
35
-
32
600
Пример 4
65
-
35
50
700
Таблица 2
Составы по примерам
Теплофизические показатели готового продукта
Теплопроводность, Вт/м·°С, при 25°С
Плотность, кг/м<sup>3</sup>
Прочность при сжатии, МПа
Морозостойкость (циклы)
В сухом состоянии материала
В условиях эксплуатационной влажности (20%)
Пример 1
0,175
0,24
540
11,0
100
Пример 2
0,16
0,22
450
6,0
50
Пример 3
0,185
0,26
600
13,0
100
Пример 4
0,22
0,30
700
17,0
100
Прототип
0,26-0,30
-
400-500
2,0-6,8
-