Способ получения конструкционно-теплоизоляционного строительного материала на основе алюмосиликатных микросфер

Изобретение относится к строительной индустрии и, в частности, может быть использовано для получения теплоизоляционно-конструкционных и теплоизоляционных строительных материалов при изготовлении элементов зданий и сооружений в промышленном и гражданском строительстве. В способе получения конструкционно-теплоизоляционного строительного материала на основе алюмосиликатных микросфер, включающем перемешивание алюмосиликатных микросфер и вяжущего - жидкого стекла, формование, термообработку, выдержку, остывание, используют в качестве наполнителя жидкое стекло натриевое и/или калиевое с модулем 1-4 и плотностью 1,1-1,47 г/см³, осуществляют формование с удельной нагрузкой 1,5-5 МПа, термообработку, включающую: I этап термоудара - путем повышения температуры до 100-130°С за 7-15 минут, выдержку - при 100-130°С 7-15 минут, II этап термоудара - путем подъема температуры до 300-550°С в течение 10-30 минут, выдержку - 40-80 минут и остывание в печи в течение 5-8 часов, при следующем соотношении компонентов, % об.: алюмосиликатные микросферы 65-97, указанное жидкое стекло 3-35. Технический результат - получение негорючего материала с высокой прочностью при снижении средней плотности и теплопроводности. 1 пр., 2 табл.

 

Изобретение относится к области строительной индустрии и, в частности, может быть использовано для получения конструкционно-теплоизоляционных и теплоизоляционных строительных материалов при изготовлении элементов зданий и сооружений в промышленном и гражданском строительстве.

В современной промышленности при изготовлении теплоизоляционных материалов используются различные наполнители. Так, в последнее время стали применяться микросферы: искусственные и отходы производства ТЭЦ - полые газонаполненные стеклокристаллические алюмосиликатные микросферы размером в среднем от 20-50 мкм до 400-500 мкм, которые образуются при высокотемпературном факельном сжигании топлива. Алюмосиликатные микросферы благодаря свойственному им набору химических и физических характеристик нашли применение в производстве различных композиционных материалов, в частности легковесных наполнителей при изготовлении ограждающих сборных и монолитных изделий и конструкций. Изделия с добавлением микросфер обладают повышенной износостойкостью, легкостью, при этом высокой прочностью и низкой теплопроводностью.

Известен способ получения ячеистых строительных материалов, включающий получение пены в смесителе, перемешивание компонентов с использованием пенообразователя, жидкого стекла, формование полученной смеси, выдержку, распалубку, при этом используют жидкое стекло из микрокремнезема с силикатным модулем 2-4, причем сначала 1-7 частей указанного жидкого стекла с плотностью 1,18-1,20 г/см³ перемешивают с пенообразователем в высокоскоростном смесителе принудительного действия до 10-12-кратного вспенивания, затем при постоянном перемешивании в полученную пену вводят 35-42 части указанного жидкого стекла плотностью 1,35-1,45 г/см³, полученную пену минерализуют микрокремнеземом - отходом производства кремния, а после распалубки осуществляют сушку (Патент РФ №2209803, МПК С04В 38/10, В28С 5/00, 2002 г.).

Известна сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционно-конструкционного материала, содержащая, масс.%: жидкое натриевое стекло из микрокремнезема с силикатным модулем 2÷3 и плотностью 1,2÷1,5 г/см³ 62,5-64,1, микрокремнезем 23,1-25, кремнефтористый натрий 6,25-6,4, золу-унос от сжигания обезвоженных осадков очистных сооружений промстоков Усть-Илимского ЛПК в печах с кипящим слоем 6,25÷6,4 (Патент РФ №2317961, МПК С04В 28/26, 2006 г.).

Известен способ получения материалов на основе жидкого стекла, включающий смешение жидкого стекла с водой и добавкой с последующим смешением с заполнителем, часть которого предварительно измельчена, формование изделий и их термообработку, при этом вначале измельчают смесь, состоящую из жидкого стекла, кварцевого песка, добавки и воды, затем добавляют немолотый заполнитель, а отформованные изделия подвергают термообработке при температуре 300-360°С (Патент РФ №2109710, МПК С04В 38/00, 1998 г.).

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ изготовления поризованных теплоизоляционных материалов на основе жидкого стекла и несортированного боя технического стекла в условиях тепловой обработки при повышенном значении рН среды и интенсивном растворении аморфного кремнезема, сопровождающимся увеличением кремнеземистого модуля жидкого стекла, в основу которого был положен способ сухой минерализации пены. Снижение размеров пор до определенного предела достигается путем более интенсивного перемешивания пеномассы на этапе ее минерализации. Способ включает вспенивание пены в смесителе, перемешивание компонентов с использованием жидкого стекла и пенообразователя типа, совместимого со щелочной средой, в качестве которого использовались ПАВ катионового типа - оксид алкилдиметиламина или катамин, формование полученной смеси, предварительную сушку, расформовку, термообработку, выдержку (Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук на тему: «Поризованный теплоизоляционный материал на основе стеклобоя», автор Зайцева Е.И., Московский государственный строительный университет, 1998 г. (05.23.05 - Строительные материалы и изделия).

Известен теплоизоляционный состав, содержащий в качестве связующего жидкое минеральное стекло, в качестве огнеупорного наполнителя полые микросферы на основе кремнийсодержащего вещества и в качестве агента отверждения и структурообразования соль щелочного металла. Компоненты состава последовательно смешивают и готовят композицию, которую, в свою очередь разливают по формам. Образцы формуют при 300-400°С, остужают и извлекают из формы (Патент РФ №2098379, МПК С04В 28/24, С04В 111:20, 1997 г.).

Указанный теплоизоляционный материал по своим характеристикам не обладает необходимыми свойствами по теплопроводности при указанной плотности и прочности.

Задача настоящего изобретения заключается в разработке способа получения теплоизоляционного материала с высокой относительной механической прочностью, при снижении средней плотности и теплопроводности, без использования дорогостоящих компонентов смеси.

Цель изобретения - получение конструкционно-теплоизоляционного прочного, экологически чистого негорючего материала.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе получения ячеистых конструкционно-теплоизоляционных строительных материалов, включающем перемешивание алюмосиликатных микросфер и вяжущего - жидкого стекла, формование, термообработку, выдержку, остывание, используется жидкое стекло натриевое и/или калиевое с модулем 1-4 и плотностью 1,1-1,47 г/см³, а формование осуществляется с удельной нагрузкой 1,5-5,0 МПа, при этом термообработка включает два этапа: I этап термоудара - путем повышения температуры до 100-130°С за 7-15 минут, выдержку - при 100-130°С 7-15 минут, II этап термоудара - путем подъема температуры до 300-550°С в течение 10-30 минут, выдержку - 40-80 минут и остывание в печи в течение 5-8 часов, при следующем соотношении компонентов: алюмо-силикатные микросферы 65-97% об., указанное жидкое стекло 3-35% об.

Приготовление материала осуществляется следующим образом.

Пример

Алюмосиликатные микросферы в количестве 65÷97% по объему и вяжущее вещество на основе минерализованных пен из жидкого стекла или жидкое стекло (натриево-калиевое), (натриевое [Na₂O(SiO₂)n] и/или калиевое [K₂O(SiO₂)n]) с модулем 1÷4 и плотностью 1,1÷1,47 г/см³ в количестве 35÷3% по объему, соответственно, перемешивают в смесителе до образования однородной массы. Полученную смесь формуют с удельной нагрузкой 0,1÷7,0 МПа, производят термообработку, включающую повышение температуры до 100÷130°С за 7÷15 минут (термоудар - 1 этап), выдержку при 100÷130°С в течение 7÷15 минут, подъем температуры до 300÷550°С в течение 10÷30 минут (термоудар - II этап), выдержку - 40÷80 минут, остывание в печи в течение 5÷8 часов.

В таблицах 1, 2 представлены данные по результатам испытаний.

Предлагаемый способ изготовления конструкционно-теплоизоляционного строительного материала на основе алюмосиликатных микросфер позволяет получить материал с повышенными прочностными и теплозащитными характеристиками при его средней плотности 400-700 кг/м³.

Таблица 1
Составы по примерам	Алюмосиликатные микросферы, масс.%	Жидкое стекло, масс.%	Давление, пресс, МПа	Плотность, кг/м3
Раствор силиката калия [K2O(SiO2)n]	Раствор силиката натрия [Na2O(SiO2)n]
Пример 1	70	30	-	32	540
Пример 2	85	-	15	16	450
Пример 3	65	35	-	32	600
Пример 4	65	-	35	50	700

Таблица 2
Составы по примерам	Теплофизические показатели готового продукта
	Теплопроводность, Вт/м·°С, при 25°С	Плотность, кг/м3	Прочность при сжатии, МПа	Морозостойкость (циклы)
В сухом состоянии материала	В условиях эксплуатационной влажности (20%)
Пример 1	0,175	0,24	540	11,0	100
Пример 2	0,16	0,22	450	6,0	50
Пример 3	0,185	0,26	600	13,0	100
Пример 4	0,22	0,30	700	17,0	100
Прототип	0,26-0,30	-	400-500	2,0-6,8	-

Способ получения конструкционно-теплоизоляционного строительного материала на основе алюмосиликатных микросфер, включающий перемешивание алюмосиликатных микросфер и вяжущего - жидкого стекла, формование, термообработку, выдержку, остывание, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют жидкое стекло натриевое и/или калиевое с модулем 1-4 и плотностью 1,1-1,47 г/см³, осуществляют формование с удельной нагрузкой 1,5-5 МПа, термообработку, включающую: I этап термоудара - путем повышения температуры до 100-130°С за 7-15 мин, выдержку - при 100-130°С 7-15 мин, II этап термоудара - путем подъема температуры до 300-550°С в течение 10-30 мин, выдержку - 40-80 мин и остывание в печи в течение 5-8 ч, при следующем соотношении компонентов, об.%:

алюмосиликатные микросферы	65-97
указанное жидкое стекло	3-35