сырьевая смесь для изготовления силикатного ячеистого бетона автоклавного твердения для строительных изделий и строительное изделие

Формула изобретения

1. Сырьевая смесь для изготовления силикатного ячеистого бетона автоклавного твердения для строительных изделий, включающая известковый компонент, кремнеземистый компонент - аргиллит, алюминиевую пудру и воду, отличающаяся тем, что в качестве части кремнеземистого компонента она содержит дробленое теплоизоляционное пеностекло, либо дробленое звукоизоляционное пеностекло, либо смесь этих пеностекол в любом соотношении, с размером зерен 3,0-30,0 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

известковый компонент	10,0-25,0
дробленое пеностекло	10,0-60,0
аргиллит	остальное
алюминиевая пудра (сверх 100%
извести, пеностекла и аргиллита)	0,02-0,10
вода	до оптимальной
	текучести смеси

2. Строительное изделие в виде блоков, плит, панелей на основе силикатного ячеистого бетона автоклавного твердения, отличающееся тем, что материал изделия имеет следующий состав, мас.%:

известковый компонент	10,0-25,0
дробленое пеностекло	10,0-60,0
аргиллит	остальное
алюминиевая пудра (сверх 100%
извести, пеностекла и аргиллита)	0,02-0,10
вода	до оптимальной
	текучести смеси

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления звуко- и теплоизоляционных блоков, плит и панелей для внутренних работ в гражданских и промышленных зданиях.

Известна сырьевая смесь для изготовления силикатного ячеистого бетона автоклавного твердения, включающая, мас.%: известь, кремнеземистый компонент (кварцевый песок), алюминиевую пудру и воду и строительное изделие из этой смеси, например кирпич. Соотношение между кремнеземистым компонентом и известью находится в пределах 2,4...3,6, вода берется в количестве, обеспечивающем оптимальную текучесть [Гершберг О.А. Технология бетонных и железобетонных изделий. - М.: Сторойиздат, 1971, С.117-118, 125-126].

Получаемые из этой сырьевой смеси изделия имеют повышенные среднюю плотность 600-650 кг/м³ и теплопроводность 0,16...0,19 Вт/м·К, что требует увеличения затрат материалов на стадии изготовления и ухудшает технологические и эксплуатационные характеристики изделий из силикатного ячеистого бетона данного состава.

Наиболее близкой к предлагаемому решению является сырьевая смесь для изготовления силикатного ячеистого бетона автоклавного твердения, состоящая из, мас.%: извести - 10-25, кремнеземистого компонента (аргиллита) - 75-90, алюминиевой пудры (сверх 100% извести и аргиллита) - 0,02-0,1 и воды, взятой до оптимальной текучести смеси [Патент РФ №2080310, кл. 6 С04В 38/02, 1992].

Получаемые из этой сырьевой смеси изделия, например теплоизоляционные и звукопоглощающие плиты или панели, имеют повышенные среднюю плотность 450...650 кг/м³ и теплопроводность 0,14...0,16 Вт/м·К.

Предлагаемое изобретение решает задачу расширения арсенала технических средств для производства изделий из силикатного ячеистого бетона автоклавного твердения с низкими плотностью, тепло- и звукопроводностью с сохранением прочностных показателей при сжатии, способных найти применение для внутренних работ в гражданских и промышленных зданиях. Использование отходов механической обработки и боя блоков пеностекол в качестве кремнеземистого компонента позволит существенно снизить себестоимость этих легких строительных материалов.

Технический результат достигается тем, что сырьевая смесь для изготовления силикатного ячеистого бетона автоклавного твердения, включающая известь, кремнеземистый компонент - аргиллит, алюминиевую пудру и воду, согласно предлагаемому решению в качестве части кремнеземистого компонента содержит дробленое теплоизоляционное пеностекло, либо дробленое звукоизоляционное пеностекло, либо смесь этих пеностекол в любом соотношении, с размером зерен 3,0...30,0 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%: известь - 10,0-25,0; дробленое пеностекло - 10,0-60,0; аргиллит - остальное; алюминиевая пудра (сверх 100% извести, пеностекла и аргиллита) - 0,02-0,10; вода - до оптимальной текучести смеси.

Строительное изделие в виде блоков, плит, панелей на основе силикатного ячеистого бетона автоклавного твердения согласно предлагаемому решению изготовлено из материала следующего состава, мас.%: известковый компонент - 10,0-25,0; дробленое пеностекло - 10,0-60,0; аргиллит - остальное; алюминиевая пудра (сверх 100% извести, пеностекла и аргиллита) - 0,02-0,10; вода - до оптимальной текучести смеси.

Сравнение состава сырьевой смеси с прототипом показывает, что предлагаемое решение отличается введением в сырьевую смесь, взамен части аргиллита, в качестве кремнеземистого компонента - дробленого пеностекла (теплоизоляционного, либо звукоизоляционного, либо их смеси). Введение данного дробленого пеностекла с определенным размером зерен в количестве, предлагаемом авторами, в сырьевую смесь позволяет решить задачу расширения арсенала технических средств для производства ячеистого бетона автоклавного твердения с низкими плотностью, тепло- и звукопроводностью с сохранением эксплуатационных характеристик. Таким образом, предлагаемое решение обладает критерием «новизна».

При изучении других технических решений использование предложенного авторами введения в состав сырьевой смеси для изготовления силикатного ячеистого бетона автоклавного твердения дробленого пеностекла и аналогичных ему материалов не выявлено. Процессы, происходящие в зонах контакта частиц дробленого теплоизоляционного и звукоизоляционного пеностекол, имеющих пленочно-пористую структуру и чрезвычайно развитую поверхность из-за разрушенных внешних пор, активированную выгоревшими газообразователями на стадии производства пеностекол, с остальными компонентами сырьевой смеси силикатного ячеистого бетона автоклавного твердения при формовании и автоклавной обработке, в технической литературе не описаны. Полученные изделия (плиты и панели) из силикатного ячеистого бетона заявляемого состава имеют характеристики, которые не являются аддитивной суммой свойств исходных компонентов - дробленого пеностекла и силикатного ячеистого бетона автоклавного твердения, а существенно превосходят их, что свидетельствует о дополнительных процессах минералообразования с появлением аморфно-кристаллических образований в зонах контакта дробленого пеностекла с известковым и кремнеземистым компонентами силикатного ячеистого бетона автоклавного твердения. Таким образом, заявляемое решение не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «изобретательский уровень».

Характеристика компонентов смеси:

1. Известь негашеная кальциевая по ГОСТ 9179, сорт 1 в качестве известкового компонента.

2. Газообразователь - алюминиевая пудра марки ПАП-2 по ГОСТ 2067.

3. Аргиллит с плотностью 1,95 кг/м ³, химический состав, мас.%: SiO₂ - 59,9, Al₂О₃ - 14,6, Fe₂O₃ - 4,2, CaO - 8,1, MgO - 2,1, R₂O - 1,7, SO ₃ - 0,4, потери при прокаливании - 9,0.

4. Дробленое теплоизоляционное пеностекло (порообразователь - сажа) и звукоизоляционное пеностекло (порообразователь - мел), фракцию с размером зерен от 3,0 до 30,0 мм, полученную путем дробления и отсева пеностекла по ТУ 5914-003-02066339-98 "Материалы и изделия строительные теплоизоляционные", произведенного в БГТУ им. В.Г.Шухова (г. Белгород). Насыпная плотность дробленного теплоизоляционного пеностекла фракции от 3,0 до 30,0 мм составляет 160...180 кг/м ³, звукоизоляционного - 240...260 кг/м³ в зависимости от пористости. Для приготовления дробленого продукта можно использовать обрезки и бой блоков пеностекла.

Анализируя результаты физико-механических испытаний серии экспериментальных образцов, можно сделать вывод, что по способности формировать пористую структуру изделий из силикатного ячеистого бетона автоклавного твердения предпочтителен размер зерен дробленого пеностекла 3,0...30,0 мм. Получение и подготовку сырьевой смеси, заливку ее в формы, подрезку горбушки и автоклавную обработку изделий из силикатного ячеистого бетона производят аналогично [Патент РФ №2080310, кл. 6 С04В 38/02, 1992].

Пример. Загрузили в шаровую мельницу 40 кг (40% по отношению к общей массе сырьевой смеси, см. табл.) аргиллита и 20 кг (20 мас.%) извести и измельчали до удельной поверхности 450 м²/кг. Продукт помола перегрузили в лабораторный бетоносмеситель, добавили 50 кг 50% от массы сухих компонентов смеси) воды, перемешивали 5 минут со скоростью вращения 130 об/мин. После перемешивания ввели 40 кг (40 мас.%) дробленого теплоизоляционного пеностекла с размером зерен 3,0...30,0 мм (см. табл., смесь 1). Процесс смешивания вели до образования суспензии с однородным распределением компонентов. Водно-алюминиевую суспензию (2,1 кг воды и 0,4 кг алюминиевой пудры) загрузили в бетоносмеситель за 2 минуты до момента выгрузки смеси. Полученный раствор текучестью 23 см вылили в формы. Через 1,5 часа подрезали горбушку. Формы с бетоном помещали в автоклав, где бетон обрабатывали в среде насыщенного пара при температуре 200°С и давлении 1,2 МПа по схеме 2+6+1,5 ч, аналогично [Патент РФ №2080310, кл. 6 С04В 38/02, 1992]. Получали теплоизоляционные и звукопоглощающие плитки и панели. Полученные изделия испытывали на прочность (по ГОСТ 10180), определяли плотность (по ГОСТ 17623), теплопроводность (по ГОСТ 7076) и акустические характеристики (по ГОСТ 23499-79). Результаты испытаний приведены в табл. (смесь 1).

Сырьевая смесь 2 приготовлена аналогичным образом с использованием дробленого звукоизоляционного пеностекла с размером зерен 3,0...30,0 мм и насыпной плотностью 255 кг/м³ (табл.). Получали блоки. При приготовлении сырьевых смесей 3-5 использована смесь дробленых пеностекол (теплоизоляционного и звукоизоляционного) с насыпной плотностью 218 кг/м³. Известный состав массы 6 изготавливали согласно прототипу (Патент РФ №2080310, кл. 6 С04В 38/02, 1992).

Анализ полученных физико-механических характеристик изделий силикатных ячеистых бетонов автоклавного твердения показывает следующее.

1. Введение в состав сырьевой смеси дробленого пеностекла в заявляемых количествах и размером зерен 3,0...30,0 мм позволяет получать изделия из силикатного ячеистого бетона автоклавного твердения с высокими тепло- и звукоизолирующими характеристиками и достаточной прочностью, позволяющей использовать их для внутренних работ в гражданских и промышленных зданиях (смеси 1-5), характеристики их соответствуют требованиям ГОСТ 25485 на автоклавные силикатные ячеистые бетоны.

2. Увеличение в сырьевой смеси количества дробленого пеностекла с размером зерен 3,0...30,0 мм свыше 60 мас.% нецелесообразно, т.к. происходит падение прочности получаемых изделий из силикатного ячеистого бетона автоклавного твердения за счет уменьшения доли минерального вяжущего. По этой причине, несмотря на то, что тепло- и звукоизоляционные характеристики изделий имеют высокие значения, состав 4 принят как граничный.

Таблица.
Состав и свойства изделий, приготовленных из силикатного ячеистого бетона автоклавного твердения
	Компоненты, мас.%						Физико-механические свойства
№ смеси	Аргиллит	Известь негашеная кальциевая	Дробленое пеностекло с размером зерен 3,0...30,0 мм		Алюминиевая пудра (сверх 100%)	Вода, % от массы сухих компонентов	Плотность, кг/м3	Теплопроводность, Вт/м·К	Реверберационный коэффициент звукопоглощения	Прочность при сжатии, МПа
			Теплоизоляционное	Звукоизоляционное
1	40	20	40	-	0,04	52,1	437	0,04	0,68	1,89
2	40	20	-	40	0,04	55,2	462	0,09	0,79	2,07
3	40	20	20	20	0,04	53,4	449	0,07	0,73	1,92
4	30	10	30	30	0,02	53,7	425	0,06	0,77	1,07
5	65	25	5	5	0,1	55,8	519	0,10	0,58	1,64
6 (прототип)	80	20	-	-	0,04	56,0	525	0,14	0,51	1,62

Уменьшать в сырьевой смеси количество дробленого пеностекла с размером зерен 3,0...30,0 мм менее 10 мас.% нецелесообразно, т.к. получаемые материалы из силикатного ячеистого бетона автоклавного твердения по комплексным техническим характеристикам обладают невысоким качеством, а получаемые свойства изделий не соответствуют поставленной задаче данного изобретения, поэтому состав 5 принят как граничный.

Заявляемая сырьевая смесь для изготовления изделий из силикатного ячеистого бетона автоклавного твердения по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества:

1) теплопроводность силикатных стеновых материалов снижена в 1,4-1,8 раз (смеси 1-3); коэффициент звукопоглощения при этом увеличивается в 1,2-1,3 раза, прочность при сжатии удовлетворяет требованиям ГОСТа;

2) полученные материалы из силикатного ячеистого бетона автоклавного твердения за счет введения дробленого пеностекла имеют однородную поризованную структуру с минимальными объемными дефектами, включают в своем составе экологически чистый высокопористый неорганический компонент.

Физико-химическая сущность технического решения достижения задачи заключается в следующем: дробленое пеностекло с размером частиц 3,0...30,0 мм, благодаря своей низкой насыпной плотности от 160...180 кг/м ³ (теплоизоляционное) до 240...260 кг/м ³ (звукоизоляционное) и, занимая определенный объем сырьевой массы, формирует пористую структуру материала в целом.

Размер дробленых частиц пеностекла выбран исходя из анализа результатов экспериментальных данных: частицы именно такого размера имеют развитую внешнюю поверхность, позволяющую обеспечивать прочное сцепление в массиве силикатного ячеистого бетона, и ядра с неразрушенными порами, которые являются носителями основных свойств пеностекольного материала (тепло-, либо звукоизоляционных).

Авторами установлено, что в результате автоклавной обработки сырцовых изделий, полученных путем формирования заявляемых смесей для приготовления силикатного ячеистого бетона, содержащих дробленое пеностекло, на границах контакта поверхности пеностекла с активными компонентами регистрируется повышенное содержание хорошо сформированных кристаллов гидросиликатов кальция различной степени насыщения и ряда других аморфно-кристаллических образований (доказано микроскопическими, петрографическими и рентгенофазовыми исследованиями). Указанные новообразования чрезвычайно сильно увеличивают эффекты тепло- и звукопоглощения в заявляемых материалах до величин существенно превосходящих расчетные и прогнозируемые, полученные из анализа свойств исходных материалов. Обеспечение равномерной замкнутой пористости изделий и упрочненной внутренней структуры в легких силикатных материалах также обусловливает сохранение и существенное улучшение их физико-механических характеристик по сравнению с прототипом.

Изделия из силикатного ячеистого бетона автоклавного твердения, изготовленные из сырьевой смеси заявляемого состава, имеют повышенные тепло- и звукоизоляционные характеристики. Обеспечение равномерной замкнутой и частичнозамкнутой пористости с упрочненной внутренней структурой изделий также обусловливает существенное улучшение механических характеристик по сравнению с прототипом.

Получаемые по заявляемому способу тепло- и звукоизоляционные строительные материалы обладают хорошими декоративными характеристиками, не имеют трещин. Использование заявляемой сырьевой смеси для производства силикатных ячеистых стеновых материалов автоклавного твердения позволит улучшить экологическую обстановку жилищ за счет применения экологически чистого тепло- и звукоизолирующего компонента.