Композиция для изготовления легковесного строительного материала
Владельцы патента RU 2376259:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (ГОУ ВПО СГТУ) (RU)
Изобретение относится к составам для производства легковесных строительных материалов и может быть использовано для изготовления бетонных изделий, конструкций и монолита. Композиция для изготовления легковесного строительного материала включает, мас.%: портландцемент - 40,0-50,0; измельченный древесный заполнитель - 8,0-12,0; жидкое стекло - 1,0-1,5; хлористый кальций - 0,2-0,5; пенообразователь - 1,0-4,0; продукт алкилирования отхода производства фенола кислородсодержащими органическими веществами - 0,1-0,5; вода - остальное. Технический результат заключается в снижении коэффициента теплопроводности материала при сохранении прочности готовых изделий. 2 табл.
Изобретение относится к составам для производства легковесных строительных материалов и может быть использовано для изготовления бетонных изделий и конструкций.
Известна сырьевая смесь для теплоизоляционного материала, включающая латекс, отходы шерсти, опилки и гидрофобизирующую добавку и предназначенная для получения легковесных строительных изделий и конструкций (патент РФ №2203237, кл. С04В 26/02, опубл. 27.04.2003 г.).
Но эта смесь из-за своих компонентов имеет низкую прочность.
Известна также композиция для изготовления теплоизоляционного материала, включающая аморфный кремнезем, жидкое стекло и выгорающую добавку (опилки или труху соломы) и предназначенная для получения легковесного прочного конструкционного материала с высокими прочностными и эксплуатационными характеристиками (патент РФ №2209793, кл. С04В 28/26, 38/06, опубл. 10.08.2003 г.).
Однако эта композиция имеет высокий коэффициент теплопроводности. Наиболее близкой по своей технической сущности к предлагаемому изобретению является композиция для изготовления легковесного огнеупорного строительного материала, при следующем соотношении компонентов в мас.%: портландцемент - 15,0-22,7; природный опаловидный кремнезем - 12,0-18,0; древесные опилки - 0,3-1,3; полимерная добавка - 0,5-0,6; пенообразователь - 0,4-0,5; вода - остальное (патент РФ №2300508, кл. С04В 38/08, опубл. 10.06.2007 г.).
И известная композиция имеет высокий коэффициент теплопроводности.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является получение композиции для изготовления легковесного строительного материала с низким коэффициентом теплопроводности при сохранении прочности.
Указанная задача решается тем, что в композицию для изготовления легковесного строительного материала, включающую портландцемент, древесные опилки, химическую добавку, пенообразователь и воду, дополнительно введены жидкое стекло и хлористый кальций, а в качестве химической добавки выбран продукт алкилирования отхода производства фенола кислородсодержащими органическими веществами при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| портландцемент | 40,0-50,0 |
| древесные опилки | 8,0-12,0 |
| продукт алкилирования отхода производства фенола | |
| кислородсодержащими органическими веществами | 0,1-0,5 |
| жидкое стекло | 1,0-1,5 |
| хлористый кальций | 0,2-0,5 |
| пенообразователь | 1,0-4,0 |
| вода | остальное |
Введение в композицию жидкого стекла приостанавливает выделение из древесных опилок водоредуцирующих веществ (глюкоза, сахароза, фруктоза) за счет образования на опилках пленки и сокращает процесс твердения цементного раствора.
А введение в композицию хлористого кальция интенсифицирует набор прочности в ранние сроки твердения пенобетонной массы.
Выбор же в качестве химической добавки продукта алкилирования отхода производства фенола кислородсодержащими органическими веществами (например, диолов, диальдегидов и др.) позволяет значительно увеличить содержание отхода лесопиления - древесных опилок, повысив теплоизоляционные свойства материала при сохранении прочностных характеристик.
Технический результат заключается в снижении коэффициента теплопроводности материала при сохранении прочности готовых изделий.
В качестве отхода производства фенола использовалась фенольная смола (она же «смола ФАС»), образующаяся в процессе производства фенола и ацетона по кумольному способу. Состав фенольной смолы (мас.%): фенол - 6-12; диметилфенилкарбинол - 0-7; л-кумилфенол -32-43; д-метилстирол и димеры - 7-23; ацетофенон - 7-9; остаток неидентифицированный - 2-15 [С.С.Никулин, В.С.Шеин, С.С.Злотский и др. Отходы и побочные продукты нефтехимических производств - сырье для органического синтеза, под ред. М.И.Черкашина. - М.: Химия, 1989. с.160]. При этом в качестве кислородсодержащих соединений могут быть использованы спирты. Так, известен способ получения 2,6-ди(третбутил)-4-кумилфенола алкилированием третбутанолом основного компонента фенольной смолы - л-кумилфенола (в кислой среде) [патент ЧССР №150822, 1971 г.].
Входящие в состав фенольной смолы фенолы различной структуры являются химически активными веществами, легко вступающими в процессы алкилирования по механизму электрофильного замещения [Олбрайт Л.Ф. Алкилирование. Исследование и промышленное оформление процесса. Под ред. Н.И.Урываловой. Пер. с англ. - М.: Химия, 1982, 337 с.; Химическая энциклопедия. T.1. Под ред. И.Л.Кнунянца, - М.: Советская энциклопедия, 1988, с.92]. Процесс алкилирования фенольной смолы производится по следующей схеме: одну часть фенольной смолы смешивают с 0,2-0,4 частей вторичного или третичного спирта и эквимолярным спирту количеством катализатора (АlСl3, FеСl3 и т.п.). Смесь при перемешивании нагревают до 115°С и выдерживают при этой температуре 1,0-4,0 часа (временной разброс определяется необходимостью удаления легколетучих фракций фенольной смолы).
В качестве жидкого стекла использовано натриевое жидкое стекло по ГОСТу 13078-81 с силикатным модулем n=2,7 и плотностью 1,45-1,50 г/см3, которое вводят в композицию в виде 5% раствора жидкого стекла, приготовленного следующим образом: берут 1 часть жидкого стекла и смешивают с 19 частями воды.
Пример приготовления пенобетонной смеси.
Пропускают древесные опилки через сито с 2-миллиметровыми ячейками. Затем смешивают в течение 10-15 мин древесные опилки с 5%-ым раствором жидкого стекла при их соотношении по массе, в частности соответственно 1-2,4. В качестве пленкообразующей добавки используют натриевое жидкое стекло по ГОСТ 13078-82. Одновременно готовят цементное тесто следующим образом: перемешивают в течение 5-8 мин заданное количество портландцемента (в частности, расход 300 кг/м3) с водой затворения, в которой растворен и хлористый кальций (в частности, 2 кг/м3). Ускорение процесса твердения обеспечивается введением в смесь хлорида кальция по ГОСТ 450-77. Через 5-7 мин после приготовления цементного теста в него вводят продукт алкилирования отхода производства фенола кислородсодержащими органическими веществами (например, диодами, диальдегидами и др.). Затем смешивают древесные опилки, обработанные раствором жидкого стекла, с модифицированным цементным тестом. После чего полученный продукт смешивают в течение 1,5-2,0 мин с раствором пенообразователя на основе ПБ-2000. Композиция для изготовления легковесного строительного материала готова.
Составы заявляемой композиции и свойства готовых изделий приведены в таблицах 1, 2.
Из таблицы 2 видно, что заявляемая композиция имеет более низкий коэффициент теплопроводности, что обеспечивает высокие теплозащитные свойства готовых изделий.
| Таблица 1 | |||
| Компонент | Составы предлагаемой композиции | Прототип | |
| Портландцемент | 40,0 | 50,0 | 15,0-22,7 |
| Природный каолинит | - | - | 2,0-6,0 |
| Тонкомолотый бой | - | - | 3,0-12,0 |
| огнеупорного шамотного | |||
| кирпича | |||
| Природный опаловидный | - | - | 12,0-18,0 |
| кремнезем | |||
| Древесные опилки | 8,0 | 12,0 | 0,3-1,3 |
| Полимерная добавка | - | - | 0,5-0,6 |
| Пенообразователь | 1,0 | 4,0 | 0,4-0,5 |
| Продукт алкилирования отхода | ОД | 0,5 | - |
| производства фенола | |||
| кислородсодержащими | |||
| органическими веществами | |||
| Жидкое стекло | 1,0 | 1,5 | - |
| Хлористый кальций | 0,2 | 0,5 | - |
| Вода | остальное | остальное | остальное |
| Таблица 2 | |||
| Состав | Средняя плотность, кг/м3 | Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К) | Предел прочности при сжатии, МПа |
| Прототип | 250-300 | 0,08-0,09 | 0,45-0,9 |
| Предлагаемой композиции | 250-300 | 0,05-0,06 | 0,45-0,9 |
Композиция для изготовления легковесного строительного материала, включающая портландцемент, измельченный древесный заполнитель, жидкое стекло, хлористый кальций, пенообразователь и воду, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введен продукт алкилирования отхода производства фенола кислородсодержащими органическими веществами при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| портландцемент | 40,0-50,0 |
| измельченный древесный заполнитель | 8,0-12,0 |
| жидкое стекло | 1,0-1,5 |
| хлористый кальций | 0,2-0,5 |
| пенообразователь | 1,0-4,0 |
| продукт алкилирования отхода производства фенола | |
| кислородсодержащими органическими веществами | 0,1-0,5 |
| вода | остальное |
