гранулированный заполнитель для силикатных стеновых изделий на основе кремнистых цеолитовых пород, состав сырьевой смеси для изготовления силикатных стеновых изделий, способ получения силикатных стеновых изделий и силикатное стеновое изделие

Формула изобретения

1. Гранулированный композиционный заполнитель для силикатных стеновых изделий, изготовленный из кремнеземсодержащего и известьсодержащего компонентов, отличающийся тем, что 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 м²/кг кремнеземсодержащего компонента в виде кремнистой цеолитовой породы 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 ³ 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.

2. Сырьевая смесь для изготовления силикатных стеновых изделий, включающая заполнитель по п.1, негашеную известь и кварцевый песок при следующем соотношении компонентов, мас.%:

указанный заполнитель	5-40
негашеная известь	10,0-12,5
кварцевый песок	50,0-82,5

3. Способ получения силикатных стеновых изделий, включающий получение сырьевой смеси по п.2 путем перемешивания ее компонентов, увлажнение смеси до формовочной влажности, формирование при давлении изделий и их автоклавную обработку.

4. Силикатное стеновое изделие, характеризующееся тем, что оно получено способом по п.3.

Описание изобретения к патенту

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, композиционный 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.

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 м²/кг кремнеземсодержащего компонента в виде кремнистой цеолитовой породы 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 ³ 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.

3. В качестве кремнеземсодержащего компонента для изготовления ядра заполнителя использовали кремнистую цеолитовую породу по ТУ 5743-002-020069662-96, отобранную из открытого карьера Хотынецкого месторождения, Орловская область. Химический состав, мас.%: SiO₂ - 75,3; Аl₂ O₃ - 10,4, Fе₂O₃ - 3,8, TiO ₂ - 0,6, CaO - 1,6; MgO - 1,2; R₂O - 1,8; п.п.п. - 5, 3; минералогический состав, мас.%: клиноптилолит - 54,3; кварц - 10,9; монтмориллонит - 7,1; гидрослюды - 4,6; кристобалит и аморфная фаза 23,1. Модуль основности - 0,034, т.е. данный материал относится к кислым породам.

Природную кремнистую цеолитсодержащую породу 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.

5. Натрий кремнефтористый Na₂SiF₆ по ТУ 6-09-1461-91.

6. Вода водопроводная по ГОСТ 23732-79.

7. При гранулировании порошка совместно молотой кремнистой цеолитовой породы 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 г/см³.

Для получения ядер гранулированного заполнителя при реализации заявляемого способа получения силикатных стеновых изделий дробленую кремнистую цеолитсодержащую породу дозировали с гидроксидом щелочного металла весовым методом. Полученную смесь загружали в шаровую мельницу и производили смешивание и помол до достижения удельной поверхности 150 250 м²/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 ³. Скоростью вращения и углом наклона тарелки гранулятора регулировали диаметр гранулированного материала. Полученные ядра направляли на скатывание 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.

Пример. Приготовление ядер гранулированного заполнителя. Кремнистую цеолитовую породу (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 м²/кг. Полученный порошковый материал подавали на тарельчатый гранулятор. На поверхность порошка путем разбрызгивания наносился водный раствор силиката натрия плотностью 1,25 г/см³. 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 2,9 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 молотых кремнистой цеолитовой породы 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. 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 кремнистой цеолитовой породы, удельной поверхности порошкового материала ядра до 150 м²/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.

3. Использование гранулированного заполнителя в составе силикатной смеси в количестве 40 мас.%, а также соотношения в ядре заполнителя гидроксида натрия в количестве 0,30 по отношению к массе кремнистой цеолитовой породы, удельной поверхности порошкового материала ядра до 250 м²/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.