Способ изготовления элементов строительных изделий

 

Изобретение относится к производству строительных материалов путем композиционного сочетания наполнителя и вяжущего и может быть использовано при изготовлении строительных изделий различного назначения. Задача, решаемая изобретением, - создать такой способ, при котором можно задавать характеристики строительного материала (в том числе и анизотропные), значительно снизить общие энергозатраты производства, реставрировать и программировать новые физико-механические параметры строительных изделий, повысить прочность, морозо-, влаго- и химическую стойкость конечного изделия. Поставленная задача решается тем, что готовят истинный раствор вяжущего и подают в поры сформованного изделия, где создают условия для пересыщения вяжущего, без формирования коллоидальных сред, и выделения вяжущего из раствора до получения камня требуемых физико-механических свойств.

Изобретение относится к области производства строительных материалов путем композиционного сочетания наполнителя и вяжущего и может быть использовано при изготовлении строительных изделий различного назначения.

Известны традиционные способы изготовления строительных материалов путем сочетания наполнителя и вяжущего. Активным ингредиентом всегда выступает вяжущее (из неорганических веществ - цемент, гипс, известь и др.), которое, реагируя с водой, дает коллоидальные массы с последующей кристаллизацией в виде кристаллогидратов, связывающих элементы наполнителя между собой [1], [2].

Данные способы, как правило, включают ряд операций: - измельчение наполнителя, - изготовление вяжущего путем проведения с исходным материалом реакций дегидратации, декарбоксилирования, десульфирования и др., связанных с элиминированием летучей составляющей и приведения вяжущего в активное состояние, - смешивание вяжущего и наполнителя, затворение смеси водой, вызывая тем самым рост кристаллогидратов и связывание элементов наполнителя.

Недостатками данного способа являются: - узкая и весьма низкая область значений прочности и других характеристик строительных изделий, в которых в качестве связывающего элемента выступают кристаллогидраты, - высокая энергоемкость данного способа, как следствие энергозатрат на дегидратацию и обжиг сырья для вяжущего, - невозможность восстановления у строительного изделия прежних физико-механических параметров и приобретения новых свойств.

Известен "Способ изготовления строительных изделий" а.с. N 1283239 [3], где процесс изготовления включает подготовку сырья, его химическую активацию кислотой, формование и пропитку сформированного изделия раствором соли, которая, химически реагируя с наполнителем через образование коллоидальных масс сульфата кальция, создает механический контакт зерен посредством новообразованного кристаллогидрата, в данном случае гипса.

Данный способ является изобретением, нацеленным на утилизацию белитсодержащего компонента - бокситового и нефелинового шлама. В процессе подготовки - измельчения шлама в водном растворе серной кислоты - происходит активация наполнителя. После центрифугирования свободная кислота реагирует с раствором хлористого кальция с образованием коллоидальной массы, из которой кристаллизуется новый продукт - водосодержащий сульфат кальция.

Недостатками данного способа являются: - использование в качестве наполнителя бокситового или нефелинового шлама - нераспространенного материала, приуроченного, в основном, к месту переработки нефелина и бокситов, - наличие высокоэнергоемких операций, связанных с работой в растворе серной кислоты, как то: измельчение, центрифугирование и прессование (здесь должны подразумеваться: наличие химически- и износостойкой аппаратуры и соответствующего помещения, а также средств защиты и утилизации выбросов кислоты в виде стоков и аэрозолей); - высокая стоимость серной кислоты и хлористого кальция как активных ингредиентов в описываемом технологическом цикле, которая будет диктовать величину конечной себестоимости изделия;
- низкий процент увеличения прочности изделия: до 9% десятикратном увеличении срока экспозиции и трехкратном увеличении концентрации хлорида кальция;
- увеличение плотности конечного изделия за счет заполнения кристаллогидратом свободных пор, что ведет, в свою очередь, к уменьшению теплотехнических свойств.

Задача, решаемая изобретением, - создать такой способ, при котором можно задавать характеристики строительного материала (в том числе и анизотропные), значительно снизить общие энергозатраты производства, реставрировать и программировать новые физико-механические параметры строительных изделий, повысить прочность, морозо-, влаго- и химическую стойкость конечного изделия.

Поставленная задача решается тем, что в известной схеме получения строительных изделий (путем композиционного сочетания наполнителя и вяжущего, включающем формование изделия из наполнителя, приготовление раствора вяжущего) появляется новое звено - приготовленный истинный раствор вяжущего, который подают в поры сформированного изделия, создавая условия для пересыщения вяжущего без формирования коллоидальных сред, - и выделения вяжущего из раствора до получения камня требуемых физико-механических свойств.

Сущность изобретения состоит в том, что наполнитель формуют как конечное изделие с подачей в его поры истинного раствора вяжущего, где задают условия для пересыщения указанного раствора. Условия пересыщения могут быть созданы путем изменения как физических, так и физико-химических параметров (изменение температуры, давления, кислотности и т.п.) для активного выделения твердых форм растворенного вяжущего без химической активности наполнителя и формирования коллоидальных масс с последующей кристаллизацией. В качестве вяжущего, в зависимости от требуемых характеристик конечного изделия, могут быть использованы любые растворимые вещества.

Отличительные признаки изобретения:
- подача истинного раствора вяжущего,
- отсутствие условий пересыщения в теле изделия,
- отсутствие формирования коллоидальных масс,
- отсутствие реакции гидратации и, как следствие, отсутствие формирования новообразованных кристаллогидратов.

Пример 1. Наполнитель - кальцитовый песок размерностью 0,1-0,5 мм формуют в виде куба 100х100х100. Вяжущий компонент готовят, растворяя в воде с избытком CO₂ тонкодисперсный кальцит при давлении 5 атм. После подачи раствора Ca(HCO₃)₂ в поровое пространство песка давление снижают в течение 50 часов до атмосферного; температура подаваемого раствора 20^oC; температуру кальцитового песка в центре куба поддерживают на уровне 50^oC, на периферии - 75^oC. Конечное изделие имеет форму куба 100х100х100 с пористостью 23%. Предел прочности при сжатии перпендикулярно к направлению наибольшего сопротивления 380 кгс/см², параллельно - 210 кгс/см², коэффициент теплопроводности 1,1 Вт/м·К.

Пример 2. Наполнитель - кальцитовый песок размерностью 0,1 - 0,5 мм формуют в виде куба 100х100х100. Вяжущий компонент готовят, растворяя гипс в воде при температуре 65^oC, и подают в поровое пространство песка в течение 96 часов. Температура песка в центре куба поддерживается на уровне 25^oC, на периферии - 10^oC. Конечное изделие имеет форму куба 100х100х100 с пористостью 11%. Предел прочности при сжатии перпендикулярно к направлению наибольшего сопротивления 213 кгс/см², параллельно - 106 кгс/см², коэффициент теплопроводности 1,0 Вт/м·К.

Пример 3. Наполнитель - кварцевый песок размерностью 0,1 - 0,5 мм формуют в виде куба 100х100х100. Вяжущий компонент готовят, растворяя кварц в водном растворе: Na₂CO₃ 5 %, NaOH - 0,4%, Na-олеат - 0,2%, со степенью заполнения автоклава 78-80% при температуре 400^oC и давлении 1000 атмосфер, и подают в поровое пространство песка в течение 72 часов. Температура песка в центре куба поддерживается на уровне 400^oC, на периферии - 337^oC. Конечное изделие имеет форму куба 100х100х100 с пористостью 20%. Предел прочности при сжатии перпендикулярно к направлению наибольшего сопротивления 780 кгс/см², параллельно - 518 кгс/см², коэффициент теплопроводности 1,5 Вт/м·К.

Таким образом, положительные эффекты сводятся к следующему:
- снижение энергоемкости;
- возможность формирования зон с градиентами различных физико-механических свойств в пределах одного изделия;
- возможность реставрации прежних физико-механических параметров и приобретения новых свойств строительных изделий;
- повышение прочности, морозо-, влаго- и химической стойкости конечного изделия;
- увеличение класса веществ, используемых в качестве вяжущего.

Появление возможности формирования зон с градиентами различных физико-механических свойств в пределах одного изделия позволяет создать строительные конструкции с программируемыми пределами напряжений при статических и динамических нагрузках. Это достигается в процессе формирования изделия путем создания областей пересыщения раствора вяжущего в порах сформованного наполнителя, что вызывает становление различных режимов выделения вяжущего в смежных зонах. Манипуляции с параметрами внешних условий и питания новообразований позволяют формировать структуры в теле конечного изделия, способные перераспределять внешне прилагаемые нагрузки без концентратов напряжений, что, в свою очередь, позволяет говорить о создании принципиальной возможности получения строительных изделий с программируемыми физико-механическими параметрами под конкретные статические и динамические нагрузки. В качестве одного из следствий способа следует указать появление возможности реставрации первоначальных физико-механических параметров изделия, утраченных вследствие старения, приложения избыточных нагрузок или иных причин. Для этого достаточно создания условий пересыщения в теле указанного изделия и введения раствора вяжущего.

Также следует указать на возможность увеличения прочности конечного изделия, улучшения морозо-, влаго- и химической стойкости.

Источники информации:
1. А.С.СССР N 1468887, C 04 B 40/00, 1986.

2. А.С.СССР N 1249003, C 04 B 40/00, 1984.

3. Прототип а.с.СССР N 1283239, C 04 B 40/00, 1985.

Формула изобретения

Способ изготовления элементов строительных изделий путем композиционного сочетания наполнителя и вяжущего, включающий формование изделия из наполнителя и приготовление раствора вяжущего, отличающийся тем, что готовят истинный раствор вяжущего и подают в поры сформованного изделия, где создают условия для пересыщения вяжущего, без формирования коллоидальных сред, и выделения вяжущего из раствора до получения камня требуемых физико-механических свойств.