Способ изготовления пористого строительного материала

 

Изобретение относится к производству легких строительных материалов: ячеистых газобетонов, аэрированных растворов и газогипсов и может быть использовано в строительной индустрии, промышленном и гражданском строительстве при изготовлении легких строительных материалов: перегородок, стеновых панелей и блоков, обладающих повышенными теплоизоляционными свойствами и малой плотностью. Техническим результатом является повышение прочности пористого строительного материла при высокой производительности и снижении расхода твердой углекислоты. Сущность изобретения: совмещают твердую углекислоту с размером частиц до 1 мм путем смешения с гипсовым вяжущим и водой затворения, при этом твердую углекислоту, полученную путем дросселирования жидкой углекислоты с давлением 50 - 60 атм. до одной атмосферы, вводят в воду затворения одновременно с вводом гипсового вяжущего - полуводного гипса. 1 табл.

Изобретение относится к производству легких строительных материалов: ячеистых газобетонов, аэрированных растворов и газогипсов и может найти применение в строительной индустрии, промышленном и гражданском строительстве при изготовлении так называемых легких строительных бетонов и растворов для производства перегородок, стеновых панелей и блоков, обладающих повышенными теплоизоляционными свойствами и малой плотностью.

Известен способ изготовления бетонных изделий (авт.св. СССР N 571453, кл. C 04 B 13/4, 1977) путем приготовления бетонной смеси в герметическом смесителе с распылением углекислого газа под давлением 2 6 атм. и температурой 80 100^oC.

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится низкая прочность затвердевшего газобетона из-за большого разброса размеров пузырьков углекислого газа и крайней неравномерности их распределения по объему бетонного изделия.

Известен способ изготовления пористого строительного материала (авт.св. СССР N 73195, кл. C 04 B 21/02, 1964) путем перемешивания твердой углекислоты с вяжущим материалом и водой затворения.

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится низкая прочность из-за крайней полидисперсности размеров пузырьков углекислого газа и неравномерности их распределения по объему строительного материла.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу по совокупности признаков и выбранному за прототип является способ изготовления пористого строительного материала (авт.св. СССР N 628122, кл. C 04 B 21/02, 1978 путем совмещения твердой углекислоты с вяжущим и водой затворения, при этом перед совмещением твердую углекислоту измельчают до крупности менее 1 мм, смешивают с вяжущим и затем полученную смесь вводят в воду затворения, нагретую до 30 40^oC.

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная прочность получаемого строительного материала из-за неодинакового размера пузырьков углекислого газа и их коалесценции при смешении сначала с вяжущим, а затем в нагретой воде затворения. Кроме того, из-за длительности подготовительных операций измельчения твердой углекислоты, отбора просеянных частиц размером менее 1 мм и их смешения с вяжущим и водой звтворения большая часть углекислота испаряется до формирования пористого строительного материала, что приводит к повышенному ее расходу или снижению пористости.

Задачей изобретения является разработка эффективного способа изготовления пористого строительного материала с одинаковым размером пузырьков углекислого газа, образующих поры и равномерно распределенных по его объему.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемого способа, является повышение прочности пористого строительного материала при высокой производительности и снижении расхода твердой углекислоты.

Указанный технический результат достигается в способе изготовления пористого строительного материала, включающего совмещение твердой углекислоты с размером частиц менее 1 мм путем смешения с гипсовым вяжущим и водой затворения, причем твердую углекислоту, полученную путем дросселирования жидкой углекислоты с давления 50 60 атм до 1 атм, вводят в воду затворения одновременно с вводом полуводного гипса.

Дросселирование жидкой углекислоты с давления 50 60 атм. до одной атмосферы благодаря эффекту Джоуля-Томсона приводит к переохлаждению углекислого газа и образованию кристаллов твердого диоксида углерода в виде снегообразной массы (Р.В.Поль. Механика, акустика, ученье о теплоте. М. Наука. 1971, с. 388 389). Образующиеся кристаллы диоксида углерода размером 0,1^oC0,2 мм при смешении с вяжущим полуводным гипсом и водой затворения с температурой 20 25^oC равномерно распределяются по объему смеси и после формования строительного материала возгоняются с образованием газовых пузырьков размером до 2 мм. После схватывания и затвердевания образуется пористый строительный материал с равномерно распределенными по объему мелкими пузырьками углекислого газа, что способствует повышению прочности изделия. Уменьшение давления жидкой углекислоты менее 50 атм резко снижает образование твердых кристаллов диоксида углерода при дросселировании. что приводит к увеличению расхода жидкой углекислоты. Увеличение давления жидкой углекислоты более 60 атм нецелесообразно из-за обильного образования кристаллов твердого диоксида углерода и их слипания, что в конечном итоге увеличивает размер пузырьков углекислого газа и уменьшает прочность строительного материала. Необходимость воды затворения. имеющей температуру 20 25^oC, перед подачей в нее кристаллов диоксида углерода связана с необходимостью компенсации теплоты испарения, требующейся при возгонке твердых кристаллов в углекислый газ. Снижение этой температуры ниже 20^oC может привести к локальному переохлаждению строительного материала вблизи кристаллов диоксида углерода и уменьшению прочности. Увеличение температуры воды затворения выше 25^oC может привести к быстрой возгонке твердых кристаллов диоксида углерода в углекислый газ и выходу его пузырьков или их коалесценции при смешении и формовании, что снижает прочность из-за неравномерного распределения пузырьков по объему и их полидисперсности по размерам.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам изобретения, а определение из перечня аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителям техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа изобретения, результаты которого показывают, что изобретение не следует для специалистов явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявляемого изобретения преобразований на достижение технического результата.

Следовательно, изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

Было проведено изготовление пористого строительного материала по предлагаемому способу.

Пример 1. В малогабаритный смеситель заливают нагретую до 25^oC воду затворения в количестве 5 кг, затем в эту воду при работающем смесителе добавляют вяжущее полуводный гипс в количестве 10 кг (водогипсовое отношение при этом составляет В/Г 0,5) и одновременно кристаллы твердой углекислоты, образующиеся после дросселирования жидкой углекислоты с давления 60 атм. до 1 атм. Жидкую углекислоту подают на дросселирование из углекислого огнетушителя ОУ-8 (Л. Н. Захаров. Техника безопасности в химической лаборатории. Издание 2-е. Л. Химия. 1991, с. 47 48). Масса жидкой углекислоты составляет 4 кг, то есть 40% от массы полуводного гипса. Размеры кристаллов твердой углекислоты, образующиеся после дросселирования, не превышает 0,2 мм.

В результате испарения кристаллов твердой углекислоты при положительной температуре смеси происходит насыщение и поризация гипсового теста углекислым газом. Полученную смесь заливают в формы для получения образцов.

Однородность получаемой структуры газ гипса, затворенного водой при 25^oC, соответствует скорости испарения мелких кристаллов диоксида размером до 0,2 мм и сроков схватывания гипсового теста. Результаты испытаний приведены в таблице.

Пример 2. Полуводный гипс в количестве 10 кг смешивают с водой затворения, имеющей температуру 20^oC, в количестве 4 кг (водогипсовое отношение В/Г 0,4), и одновременно с кристаллами твердой углекислоты в количестве 2,5 кг, т.е. 25% от массы полуводного гипса. Кристаллы твердой углекислоты размером до 0,2 мм образуются после дросселирования жидкой углекислоты из огнетушителя ОУ-8 с давления 50 атм до 1 атм. Полученную смесь заливают в формы для получения образцов.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Для сравнения аналогичные испытания проводят для образцов, изготовленных по способу, выбранному за прототип (авт.св. СССР N 628122).

Пример 3. Полуводный гипс в количестве 10 кг был смешан с 5 кг твердой углекислоты, предварительно измельченной и просеянной через сито с размером ячеек до 0,5 мм, с образованием 50% концентрации твердой углекислоты в полуводном гипсе. Затем эту смесь в малогабаритном смесителе затворяют водой, предварительно нагретой до 40^oC и массой 5 кг, так что водогипсовое отношение составляет В/Г 0,5 (прим6р 1 описания изобретения по авт.св. СССР N 628122, выбранному за прототип).

Результаты испытаний образцов приведены в таблице.

Пример 4. Полуводный гипс в количестве 10 кг был смешен с 3 кг твердой углекислоты, предварительно измельченной и просеянной через сито с размером ячеек 1 мм, с образованием 30% твердой углекислоты в полуводном гипсе. Затем эту смесь в малогабаритном смесителе затворяют водой, предварительно нагретой до 30^oC и массой 4 кг, так что водогипсовое отношение составляет В/Г 0,4 (пример 2 описания изобретения по авт.св. СССР N 628122, выбранному за прототип).

Результаты испытаний приведены в таблице.

Как видно из данных таблицы, при снижении расхода твердой углекислоты в предлагаемом способе изготовления пористого строительного материала на 16 - 20% по сравнению со способом, выбранным за прототип, объемная масса практически не изменяется, что говорит об одинаковой поризации строительного материала. Это объясняется тем, что часть твердой углекислоты в способе, принятом за прототип, испаряется на стадии смешения с полуводным гипсом и в воду затворения попадает меньше, чем в предлагаемом способе. Кроме того, в воде затворения, нагретой до 30 40^oC (способ по прототипу) крупные до 1 мм частицы твердой углекислоты образуют после испарения в смеси крупные пузырьки углекислого газа, которые при смешении с водой затворения поднимают с большой скоростью вверх и уходят в окружающий воздух. Это также снижает пористость по сравнению с предлагаемым способом, так как в предлагаемом способе размеры кристаллов твердой углекислоты, образующиеся при дросселировании жидкой углекислоты, не превышают 0,2 мм и размеры образующихся пузырьков углекислого газа не превышают 2 мм. Так как кристаллы твердой углекислоты, образующиеся при дросселировании не превышают 0,2 мм, то на их испарение затрачивается меньше энергии, отбираемой от смеси, поэтом температуру воды затворения можно снизить до 20 25^oC по сравнению c 30 - 40^oC в способе прототипа.

Основной эффект, определяющий преимущества предлагаемого способа по сравнению с прототипом, связан с увеличением прочности строительного материала на 7 12% Увеличение прочности объясняется одинаковым размером мелких кристаллов твердой углекислоты, образующихся после дросселирования жидкой углекислоты с давления 50 60 атм до одной атмосферы и как следствие одинаковым размером мелких пор до 2 мм и их равномерным распределением по объему смеси при одновременном смешении вяжущего-полуводного гипса -с твердыми кристаллами углекислоты.

Предлагаемый способ изготовления строительного материала позволяет получать газогипс с объемной массой 400 800 кг/м³ повышенной прочности за счет одинакового размера мелких пор, равномерно распределенных по объему. Кроме того, предлагаемый способ позволяет экономить энергию за счет применения воды затворения, имеющий температуру 20 25^oC, и расход твердой углекислоты, упростить технологию смеси, так как отпадают операции предварительного дробления твердой углекислоты, ее просеивания до размера частиц менее 1 мм и смешения с вяжущим полуводным гипсом перед совмещением в водой затворения.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий: средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в строительстве при изготовлении пористых строительных материалов: ячеистых бетонов, аэрированных растворов и газогипсов; для изобретения в том виде как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритетов средств и методов; средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение технического результата.

Следовательно, изобретение соответствует требованию "промышленная применимость".

Формула изобретения

Способ изготовления пористого строительного материала, включающий совмещение твердой углекислоты с размером частиц до 1 мм путем смешения с гипсовым вяжущим и водой затворения, отличающийся тем, что твердую углекислоту, полученную путем дросселирования жидкой углекислоты с давления 50 60 атм. до 1 атм. вводят в воду одновременно с гипсовым вяжущим - полуводным гипсом.

РИСУНКИ

Рисунок 1