Способ изготовления пенобетона

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для получения теплоизоляционных материалов. Способ изготовления пенобетона включает приготовление суспензии кремнеземсодержащего компонента путем электрогидравлического диспергирования в воде боя стекла до удельной поверхности не менее 3500 см²/г и максимального размера частиц не более 100 мкм, модификацию полученной суспензии путем последовательного введения едкой щелочи и пластифицирующей добавки, ее перемешивание с предварительно приготовленной технической пеной путем обработки в пеногенераторе водного раствора белкового пенообразователя, заполнение форм и сушку, при следующем соотношении компонентов, мас.%: молотое стекло 65–80, едкая щелочь 0,05–1, пластифицирующая добавка 0,05–2, белковый пенообразователь 0,2–2, вода - остальное. Способ предусматривает приготовление суспензии путем электрогидравлического диспергирования в воде с рН 10,5-12. Технический результат – использование вторичного сырья, снижение энергозатрат при сохранении высоких физико-механических показателей. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для получения теплоизоляционных материалов.

Известен способ изготовления пенобетона (патент РФ №2016884, опубл. 30.07.1994), включающий взбивание пены путем перемешивания со скоростью 800-850 об/мин пенообразователя и кремнеземсодержащего компонента, части воды от общей водопотребности и последующее перемешивание пены с мелкодисперсным кремнеземистым наполнителем, ПАВ и оставшейся водой, заливку полученной смеси в форму, автоклавное твердение, отличающийся тем, что, с целью снижения плотности, при взбивании пены перемешивают 40-45% воды от общей водопотребности, отход производства алюминиевой фольги и бесщелочное стекло с удельной поверхностью 2000-2500 см²/г, а пену перемешивают со скоростью 500-600 об/мин с предварительно приготовленным раствором оставшейся воды, щелочного стекла с удельной поверхностью 4200-5000 см²/г и поверхностно-активного вещества, при этом полученная пенобетонная смесь содержит указанные компоненты в следующем соотношении, масс. %: бесщелочное стекло 8-12%; щелочное стекло 50-56%; отход производства алюминиевой фольги 4-6%; ПАВ 0,03-0,04%; вода остальное.

Недостатками известного способа являются применение автоклавной обработки, что значительно повышает затраты на получение конечных изделий, и использование боя бесщелочного стекла, что представляет технологические сложности ввиду его малого и неоднородного содержания в общей массе отходов стекла.

Известен способ изготовления сверхлегкого пенобетона (патент РФ №2138465 опубл. 27.09.1999), включающий дозировку исходных компонентов -песчаного шлама, содержащего молотый кварцевый песок, цемента и пенообразователя, перемешивание их и заполнение форм, отличающийся тем, что молотый кварцевый песок используют с удельной поверхностью не менее 2900 см²/г, цемент преимущественно марки М500, а в качестве пенообразователя преимущественно FOAMCEM, формы заполняют преимущественно при помощи насоса, при этом сначала осуществляют дозировку шлама посредством дозаторов периодического действия и перемешивают в течение 1 -5 мин, а затем добавляют пенообразователь и перемешивают в течение 3-8 мин, а дозировку, перемешивание и заполнение форм производят при температуре 15-30°С.

Недостатком известного способа является использование цемента, что значительно повышает затраты на получение конечных изделий. Кроме того, цемент и песок являются первичными ресурсами, и их использование усиливает негативное антропогенное воздействие на окружающую среду.

В качестве прототипа принимается способ изготовления изделий из пенобетона (патент РФ №2412136, опубл. 20.02.2011), включающий подготовку технической пены путем механической обработки в пеногенераторе - смесителе водного раствора пенообразователя, перемешивание ее с бесцементным наноструктурированным вяжущим -высококонцентрированной суспензией кремнеземсодержащего сырья, формование из полученной пеномассы изделий упрочнение и сушку, отличающийся, тем что используют указанную суспензию с содержанием частиц менее 5 мкм, составляющим 20-50%, и влажностью 12-20%, предварительно подвергнутую модификации путем последовательного введения органо-минеральной добавки в количестве 0,02-0,10% и пластифицирующей добавки в количестве 2-5% от массы сухого вещества суспензии, а в качестве пенообразователя - белковый пенообразователь, при следующем соотношении компонентов, масс. %: указанное вяжущее (на сухое вещество) 68,87-77,7; белковый пенообразователь 0,60-1,53; вода 21,63-29,60, упрочнение осуществляют путем погружения с кратковременной выдержкой изделия после сушки в раствор щелочного силиката с плотностью 1,06-1,08 г/см³ продолжительностью до 3 мин с последующей окончательной сушкой.

Недостатками данного прототипа являются сложность получения высококонцентрированной суспензии кремнеземсодержащего сырья нужного состава, сильная зависимость характеристик продукции от состава и происхождения кремнеземсодержащего сырья.

Целью изобретения является использование вторичных ресурсов и снижение энергозатрат при производстве теплоизоляционных материалов.

Заданная цель достигается тем, что в способе изготовления пенобетона, включающем приготовление суспензии кремнеземсодержащего компонента, приготовление технической пены путем обработки в пеногенераторе водного раствора пенообразователя, их перемешивание, заполнение форм и сушку, в качестве кремнеземсодержащего компонента используют бой стекла, суспензию готовят путем электрогидравлического диспергирования в воде кремнеземсодержащего компонента до удельной поверхности не менее 3500 см²/г и максимального размера частиц не более 100 мкм, указанную суспензию подвергают модификации путем последовательного введения едкой щелочи и пластифицирующей добавки, а в качестве пенообразователя используют белковый пенообразователь при следующем соотношении компонентов, масс. %: молотое стекло 65-80, едкая щелочь 0,05-1, пластифицирующая добавка 0,05-2, белковый пенообразователь 0,2-2, вода -остальное. Причем, в зависимости от способа, для диспергирования кремнеземсодержащего компонента может использоваться раствор едкой щелочи с рН 10,5-12.

Способ осуществляют следующим образом.

Для производства пенобетона используют бой стекла, который представляет собой смесь преимущественно тарного, оконного и посудного стекол, основной состав которых выражается формулой Na₂O⋅CaO⋅6SiO₂. Оксид натрия содержится в пределах 14-16%, оксид кальция - в пределах 5-8%. Также в состав данных стекол входят оксиды алюминия, магния, калия суммарно не более 7%. Иные элементы и вещества содержатся в незначительных количествах.

Тонкий помол стекла осуществляется за счет применения электрогидравлического эффекта, открытого Л.А. Юткиным в 1930-х годах. Сущность явления электрогидравлического эффекта состоит в том, что в зоне сформированного импульсного высоковольтного разряда в жидкой среде возникают высокое гидравлическое давление и температура, которые сопровождаются ударными волнами, импульсными кавитационными процессами, мощными электромагнитными полями. За счет этих явлений происходит измельчение частиц стекла и их механохимическая активация.

Бой стекла предварительно промывается и измельчается в механических дробилках до получения фракции 1,5-3 мм. Измельчение стекла до данного размера механическим способом требует меньших затрат энергии, чем электрогидравлическим. Далее полученный материал подается в рабочую емкость электрогидравлической установки, наполненную водой и подвергается диспергированию путем подачи на рабочий промежуток высоковольтных импульсов на следующих режимах (последовательно):

1) U=20-30 кВ, С=0,5-3 мкФ (т.н. «мягкий режим»);

2) U=35-45 кВ, С=0,3-1 мкФ (т.н. «средний режим»);

3) U=50-65 кВ, С=0,1-0,5 мкФ (т.н. «жесткий режим»).

Для обработки более крупных фракций используется более мягкий режим, а для более мелких - более жесткий. Электрогидравлическая обработка может производиться как в замкнутой непроточной емкости без отделения измельченной фракции, так и с отделением измельченной фракции и ее подачей в зону обработки по более жесткому режиму. В последнем случае энергоэффективность процесса возрастает. Диспергирование проводится до получения удельной поверхности не менее 3500 см²/г и максимального размера частиц не более 100 мкм.

В полученную суспензию после удаления лишней влаги вводится едкая щелочь в виде гидроксида натрия или калия. Возможно добавление едкой щелочи в воду для диспергирования стекла до получения рН 10,5-12, тогда в данном случае количество вводимой в суспензию едкой щелочи значительно снижается. Для повышения подвижности смеси в суспензию вводится пластифицирующая добавка в количестве 0,05-2% мас.%. Далее полученная суспензия смешивается с предварительно подготовленной пеной на основе белкового пенообразователя и разливается в формы для твердения при температуре окружающей среды не ниже 20°С. Набор прочности происходит за счет щелочесиликатных реакций гидролиза и гидратации стекла в щелочной среде.

После 24 часов изделия извлекаются и подвергаются окончательной сушке при температуре окружающей среды не ниже 20°С или в сушильной камере при температуре 40-100°С.

Для испытаний изготавливали образцы - кубы со стороной 100 мм плотностью 350 и 500 кг/м³. Испытания образцов показали при плотности 500 кг/м³ прочность 1,1 МПа, теплопроводность 0,12 Вт/К, а при плотности 350 кг/м³ прочность 0,7 МПа, теплопроводность 0,09 Вт/К.

1. Способ изготовления пенобетона, включающий приготовление суспензии кремнеземсодержащего компонента, приготовление технической пены путем обработки в пеногенераторе водного раствора пенообразователя, их перемешивание, заполнение форм и сушку, отличающийся тем, что в качестве кремнеземсодержащего компонента используют бой стекла, суспензию готовят путем электрогидравлического диспергирования в воде кремнеземсодержащего компонента до удельной поверхности не менее 3500 см²/г и максимального размера частиц не более 100 мкм, указанную суспензию подвергают модификации путем последовательного введения едкой щелочи и пластифицирующей добавки, а в качестве пенообразователя используют белковый пенообразователь при следующем соотношении компонентов, мас.%:

молотое стекло	65-80
едкая щелочь	0,05-1
пластифицирующая добавка	0,05-2

белковый пенообразователь

0,2-2

вода

остальное

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что суспензию готовят путем электрогидравлического диспергирования в воде с рН 10,5-12.