состав для изготовления водостойких газонаполненных минераловатных композиций
Классы МПК: | C04B38/00 Пористые строительные растворы, бетон, искусственные камни или керамические изделия; получение их C04B14/46 минеральная вата |
Автор(ы): | Коренькова Софья Федоровна (RU), Павлов Алексей Александрович (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный архитектурно-строительный университет" (СГАСУ) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2005-07-05 публикация патента:
27.04.2007 |
Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано при производстве водостойких газонаполненных минераловатных композиций. Состав для изготовления водостойких газонаполненных минераловатных композиций, включающий стекловату, наполнитель и воду, содержит в качестве наполнителя карбонатный шлам с удельной поверхностью частиц 5000-8000 см 2/г и их концентрацией 5-6% от массы его воды, образующийся при водоумягчении сточных вод ТЭЦ, при следующем соотношении компонентов, мас.%: стекловата - 24,0-24,1, карбонатный шлам - 2,5-3,0, вода - остальное. Технический результат - снижение сорбционной влажности и повышение водостойкости композиций. 2 табл.
Формула изобретения
Состав для изготовления водостойких газонаполненных минераловатных композиций, включающий стекловату, наполнитель и воду, отличающийся тем, что он содержит в качестве наполнителя карбонатный шлам с удельной поверхностью частиц 5000-8000 см2 /г и их концентрацией 5-6% от массы его воды, образующийся при водоумягчении сточных вод ТЭЦ, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Стекловата | 24,0-24,1 |
Карбонатный шлам | 2,5-3,0 |
Вода | Остальное |
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано при производстве водостойких газонаполненных минераловатных композиций без синтетических связующих, как общего, так и специального назначения.
Известен состав для изготовления теплоизоляционного материала, со следующим соотношением компонентов, мас.%: макулатура - 64,5; борная кислота - 12,9; кремнийорганическая жидкость марки 136-41 - 3,2; вода - 19,4 /Пат. 2123485 Российская Федерация, МПК С04В 30/02. Состав сырьевой смеси для изготовления теплоизоляционного материала / Радина Т.Н., Карнаухов Ю.П. - №96124144/03; заявл. 20.12.96; опубл. 20.12.98/ [1]. Недостатком данной смеси является высокая сорбционная влажность и водопоглощение.
Также известен сырьевой состав, получаемый путем отлива и обезвоживания суспензии - продукта смешивания минерального волокна с водой и добавлением связующего - золя кремниевой кислоты с размером частиц 2-3 мкм при его концентрации в суспензии 5-25 мас.% с рН, равным 8,5-9,5 единицам /Заявка 97101515 Российская Федерация, МПК С04В 28/24. Способ получения теплоизоляционного материала на основе минерального волокна, способ и установка для формования изделия по этому способу / Гольденфанг Б.Г, Хабаров В.Н. - заявл. 27.01.97; опубл. 27.03.99/ [2].
К причинам, препятствующим достижению указанного технического результата при использовании известного вещества, относится то, что данный состав имеет повышенную водорастворимость и сорбционную влажность.
Наиболее близким к заявленному изобретению составом того же назначения по совокупности признаков является состав производства ОАО "Флайдерер-Чудово", состоящий из стекловаты с диаметром волокон 4-5 мкм с содержанием кремнезема 73% и суммарным содержанием оксидов натрия и кальция около 20% и синтетического связующего /ТУ 5763-002-00287697-97. Изделия теплоизоляционные из стеклянного штапельного волокна URSA. - Введ. 26.04.1998. - М., 1997/ [3].
Принят за прототип.
Недостатком данного состава является то, что в рентгеновских спектрах этого состава обнаружены кристаллы кварца, которые снижают адгезию водоотталкивающих агентов, и такие характеристики, как сорбционная влажность и водостойкость сильно завышены.
Сущность изобретения заключается в разработке состава для изготовления водостойких газонаполненных минераловатных композиций на основе минеральных и стеклянных волокон из недефицитного местного сырья и отходов.
Технический результат изобретения - снижение сорбционной влажности и повышение водостойкости минераловатных композиций.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известный состав для изготовления водостойких газонаполненных минераловатных композиций, включающий стекловату, наполнитель и воду, в качестве наполнителя дополнительно вводят карбонатный шлам с удельной поверхностью частиц 5000-8000 см2/г и их концентрацией 5-6% от массы его воды, образующийся при водоумягчении сточных вод ТЭЦ, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
стекловата - 24,0-24,1
указанный карбонатный шлам - 2,5-3,0
вода - остальное,
где входящие в состав компоненты-составляющие имеют свое назначение:
- стекловата используется для создания каркаса материала,
- карбонатный шлам - в качестве минерального наполнителя,
- вода - для создания дисперсионной среды.
Карбонатный шлам образуется при водоумягчении сточных вод ТЭЦ и представляет собой пастообразный материал дисперсностью 5000-8000 см2/г. Основным компонентом шлама является СаСО3, с небольшой примесью MgCO 3 и Fe2O3.
Образование карбонатных шламов связано преимущественно с гидролитической полимеризацией гидроксидов металлов в процессе водоочистки или водоподготовки. По условиям образования, размеру и форме частиц минеральные осадки - микрогетерогенные коллоидно-дисперсные системы, в которых твердой фазой являются нерастворимые в воде аморфизированные гидроксиды металлов, тонкодисперсный гидроксид кальция, основные карбонатные соли, а дисперсной средой - вода. Образовавшись как химические осадки, шламы имеют пространственную координацию дисперсной фазы, обусловленную сцеплением частично-ориентированных коллоидных частиц и кристаллов в жидкой среде - воде. Коллоидные частицы играют роль коагуляционной сетки, связывающей в пространственный каркас кристаллические соединения. Относительно крупные частицы извести и карбонатов с правильной огранкой кристаллов и относительно малой удельной поверхностью образуют в водных дисперсиях контакты преимущественно по углам и ребрам, а коллоидные сферические частицы гидроксидов металлов являются неорганическими клеями. Шламы являются самыми тонкодисперсными частицами, которые увеличивают воздухововлекающую способность, повышают водоотталкивающие свойства и являются микроуплотняющими добавками.
В работе использовался карбонатный шлам следующего состава, мас.%: SiO2 - 1; Fe 2О3 - 8,6; СаО общий - 52,3; MgO - 2,7; SO3 - 1,84; CaO активный - 1,05; потери при прокаливании - 39,8.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата.
Подготавливают карбонатно-шламовую суспензию с содержанием шлама 5-6% от массы воды путем тщательного перемешивания. При перемешивании частицы шлама начинают диспергировать, создавая взвесь. Методом окунания в суспензию стеклянную вату пропитывают шламом. После 10-15 минут пропитывания стекловату вынимают из ванны и взвешивают. Если увеличение по массе составляет более 2-4%, то окунание продолжают до тех пор, пока прирост по массе не составит менее 2%. После этого образцы сушат до постоянной массы в сушильных шкафах. При этом достигается эффект расклинивания и изгибания волокон, что благоприятно сказывается на структурообразовании и положительно влияет на теплофизические свойства материала.
Данный эффект оказывает действие на водостойкость. Высокое содержание щелочных окислов и тонкий диаметр волокна снижают водостойкость материала. Так как у карбонатного шлама знак электрического заряда поверхности положительный и частицы карбонатного шлама имеют высокую удельную поверхность - 5000-8000 см 2/г, они легко осаждаются на волокна, образуя минеральный гель. При твердении гель превращается в твердую оболочку, уменьшающую выщелачиваемость и растворимость волокон, увеличивая тем самым водостойкость и не ухудшая при этом устойчивости сорбционному увлажнению. Твердая фаза частиц шлама представлена нерастворимыми в воде ультра- и микродисперсными частицами. Располагаясь на поверхности волокон, микрочастицы шлама образуют качественно новый по строению материал, который практически не утяжеляется, так как в твердой фазе содержатся замкнутые микропоры. Тем самым можно достичь минимального увеличения по плотности.
Для экспериментальной проверки эффективности данного состава были приготовлены 6 составов: с 5% и 6% концентрацией шлама от массы воды, запредельный с концентрацией 10% шлама от массы воды для плотностей 13-16 кг/м3 и 50-66 кг/м 3. Все составы, в том числе и прототип, приведены в табл.1. Результаты испытаний приведены в табл.2.
Из приведенных данных видно, что технический результат достигнут - минераловатные композиции, полученные по предложенным составам несколько снижают водопоглощение, повышают водостойкость и снижают сорбционную влажность.
Использование изобретения позволяет получать водостойкие газонаполненные композиции на основе минеральных и стеклянных волокон из недефицитного недорогого местного сырья и отходов, которые превосходят аналоги по ряду характеристик.
Таблица 1 | ||||||||
Компоненты | Состав, мас.% | |||||||
1 | 2 | Запредельный | Прототип | |||||
Стекловата | 24,0 | 24,1 | 22,2 | 94,1 | ||||
Карбонатный шлам Sуд 8000 см2/г | 2,5 | 3,0 | 5,2 | - | ||||
Синтетическое связующее | - | - | - | 5,9 | ||||
Вода | 73,5 | 72,9 | 72,6 | - | ||||
Таблица 2 | ||||||||
Состав | Интервал плотности, кг/м3 | Полученная плотность, кг/м3 | Сорбционная влажность, % | Водопоглощение через 24 часа, % | ||||
1 | 13-16 | 21,34 | 3,85 | 80,67 | ||||
50-66 | 56,31 | 1,4 | 27,34 | |||||
2 | 13-16 | 22,57 | 4,16 | 50,67 | ||||
50-66 | 63,5 | 1,45 | 23,56 | |||||
Запредельный | 13-16 | 27,28 | 6,12 | 100,3 | ||||
50-66 | 82,76 | 4,49 | 40,1 | |||||
Прототип | 13-16 | 12,79 | 4,44 | 98,5 | ||||
50-66 | 46,73 | 1,63 | 34,4 |
Список источников информации.
1. Пат. 2123485 Российская Федерация, МПК С04В 30/02. Состав сырьевой смеси для изготовления теплоизоляционного материала / Радина Т.Н., Карнаухов Ю.П. - №96124144/03; заявл. 20.12.96; опубл. 20.12.98.
2. Заявка 97101515 Российская Федерация, МПК С04В 28/24. Способ получения теплоизоляционного материала на основе минерального волокна, способ и установка для формования изделия по этому способу / Гольденфанг Б.Г., Хабаров В.Н. - заявл. 27.01.97; опубл. 27.03.99.
3. ТУ 5763-002-00287697-97. Изделия теплоизоляционные из стеклянного штапельного волокна URSA. - Введ. 26.04.1998. - М., 1997.
Класс C04B38/00 Пористые строительные растворы, бетон, искусственные камни или керамические изделия; получение их