PL184088B1

PL184088B1 - Sposób wytwarzania termoizolacyjnego materiału budowlanego

Info

Publication number: PL184088B1
Application number: PL96328817A
Authority: PL
Inventors: Alexandr Viktorovich Stepanenko; Vladimir Ivanovich Martynov; Sergei Iliich Slanevsky; Ljudmila Alexeevna Eine
Original assignee: Wir Corp
Priority date: 1996-03-11
Filing date: 1996-04-12
Publication date: 2002-08-30
Also published as: LV12166B; ES2199290T3; EP0893418B1; EA199800784A1; AU721995B2; CA2263759C; DE69627897T2; PL328817A1; FI981831L; BG102745A; UA40628C2; ATE238976T1; LT98128A; HUP9901932A3; AU5917596A; LV12166A; MD1882B2; EA000616B1; BG62648B1; SI0893418T1

Abstract

1. Sposób wytwarzania termoizolacyjnego materialu budowlanego, w postaci mate- rialu drobnoziarnistego lub w postaci plyt lub bloków, na bazie surowca krzemianowego zalkalizowanego i zwilzonego woda, przez zmieszanie rozdrobnionych skladników do wy- tworzenia wsadu, traktowanie wsadu para wodna i nastepne termiczne rozprezanie, zna- mienny tym, ze rozdrobniony material krzemianowy zalkalizowany i zmieszany z woda, po parowaniu para wodna pod cisnieniem atmosferycznym do osiagniecia temperatury 75-90°C i powstania uwodnionych krzemianów chlodzi sie do temperatury pokojowej, nastepnie uzy- skany material w stanie kruchym, rozdrabnia sie, ewentualnie segreguje i ewentualnie laczy z tradycyjnymi wypelniaczami, ksztaltuje i poddaje termicznej obróbce rozprezajacej w tem- peraturze 200 - 450°C. PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania termoizolacyjnego materiału budowlanego z surowca krzemianowego, drogą niskotemperaturowej obróbki termicznej skał krzemianowych.

Bardziej szczegółowo, wynalazek obejmuje wytwarzanie takich materiałów:

- w postaci rozdrobnionej do stosowania jako wypełnienia ocieplające oraz jako agregaty, zwłaszcza do betonów lekkich,

- w postaci płyt i bloków, które w większości przypadków mogą być bezpośrednio stosowane jako elementy konstrukcyjne, korzystnie na zewnętrzne elementy budynków i konstrukcji.

Tego rodzaju materiały wytwarzane są w produkcji masowej. Od materiałów tych oczekiwane jest, że spełnia, szereg, nieraz trudnych do pogodzenia, wymagań.

Oczekuje się, że materiały te będą posiadały:

- możliwie najniższy ciężar nasypowy (dla cząstek ziarnistych) lub gęstość (dla płyt i bloków),

- możliwie najniższe przewodnictwo cieplne,

- jak największą wytrzymałość,

- odporność na czynniki atmosferyczne, w szczególności na cykliczne „zamarzanierozmarzanie”,

- stwarzały możliwość zastosowania w nich obojętnych składników celem modyfikacji właściwości mechanicznych i/lub cieplnych,

- mogły być produkowane w postaci drobnych cząstek albo bloków i płyt o dowolnych rozmiarach i kształtach, i aby

- mogły być produkowane z łatwo dostępnych surowców przy minimalnym zużyciu energii, i o maksymalnie stabilnych wskaźnikach jakości.

Spełnienie każdego lub niektórych kombinacji z wymienionych wymagań nie stanowi obecnie zasadniczych trudności.

184 088

W rzeczy samej, surowce krzemianowe, które są często stosowane do wytwarzania termoizolacyjnych materiałów budowlanych, są łatwo dostępne (patrz na przykład: (HBaHeHKo B. H. CTpoHTenbHMe MaTepnanti n H3gejina rn KpcMHHCTbiy nopog. - Khcb: „Ey/fHBEHL·HHK”, 1978 - W. N. Iwanienko, Materiały i Wyroby Budowlane ze Skał Krzemianowych, Kijów, wydawnictwo BUDIWIELNIK, 1978).

Do takich naturalnych minerałów ze skał krzemianowych zaliczają się naturalne materiały typu diatomitów, trypli, gez, spongiolitów, radiolarytów (patrz ibid. str. 5) i ich analogi pochodzące z przerobu technologicznego.

Spośród tych ostatnich najbardziej znane jest tak zwane „szkło wodne”. Jest ono otrzymywane poprzez stapianie mieszaniny piasku krzemionkowego z węglanem sodowym lub siarczanem sodowym. Produkt ten występuje na rynku w postaci brył zanieczyszczonego krzemianu sodowego, jeśli stop był ochładzany w całej masie, albo też w postaci granulowanej, jeśli stop był szybko ochładzany w strumieniu wody i rozpraszany w celu utworzenia stosunkowo małych ziaren (patrz na przykład: ΚΡΑΤΚΑ5Ι XMMM^lIECKA51 DHIJHKJlOnERVL% M.: HagaTentcTBO „CoBeTCRas DHgHKgonegna”, 4, 1965, 1037-1038; KRÓTKA ENCYKLOPEDIA CHEMICZNA M, wydawnictwo Sowietskaja Enciklopediaja tom 4, 1965, str. 1037-1038).

Wiadomo również, że budowlane materiały izolujące termicznie, mające stosunkowo niski ciężar właściwy (poniżej 1000 kg/m³) i niskie przewodnictwo cieplne, otrzymuje się przez obróbkę cieplną mieszanin zdolnych do pęcznienia, drogą formowania półproduktów głównie przez zbrylanie, a zwłaszcza przez grudkowanie lub granulowanie na mokro i pęcznienie otrzymanych półproduktów poprzez ogrzewanie w wysokich temperaturach (powyżej 800°C) .

Przykładami materiałów budowlanych tego typu są porowate agregaty do betonów lekkich, otrzymywane ze skał krzemianowych zawierających wagowo 30-98% dwutlenku krzemu, me więcej niż 20% tlenku glinu, nie więcej niż 25% tlenku wapnia i liczne inne składniki. Surowiec naturalny kruszy się, wypala (zwykle w piecach obrotowych) w zakresie temperatur 1080 do 1380°C i chłodzi uzyskany produkt: (MBanenKO B. H. CTpoHTegbHbie MiiTepnajiBi t T3genHa H3 kpcmhpctbix π opog. - Khcb: ,,ΕΥ,5Ι4ΒΕ.ΠΕΗΗΚ”, 1978, 49-58; V. N. Ivanenko, BUDIVELNIK, 1978, str.49-58).

Materiały te mają wady cechujące się pęknięciami, które mogą być zauważone nawet w trakcie sprawdzania wizualnego, i które powodują znaczącą adsorpcję wody, i odpowiednio niższą mrozoodporność, a wypalanie w wysokiej temperaturze prowadzi do ekonomicznie nieuzasadnionego zużycia energii na ich wytwarzanie.

Korzystniejsze termoizolacyjne materiały budowlane otrzymuje się ze sztucznie zalkalizowanych i zadanych wodą surowców krzemianowych wypalanych w niższych temperaturach.

Użyte określenie „zaalkalizowany” dotyczy takich surowców krzemianowych, w których wodorotlenek metalu alkalicznego, korzystnie wodorotlenek sodowy, jest zawarty naturalnie lub jest dodawany, a określenie „zadany wodą” oznacza, że woda jest stosowana podczas przygotowywania surowej mieszaniny co najmniej jako składnik niezbędny do powstania półproduktów.

Przykładami termoizolacyjnych materiałów budowlanych na bazie takich surowców są porowate agregaty do betonów lekkich (sztuczny „grys” lub „piasek”) a także termoizolacyjny materiał konstrukcyjny w płytach („szkło spienione”) (patrz W. N.Iwanienko., ibid str. 102-103 i str. 98-99). Mieszanina surowcowa (lub wsad) dla otrzymania takich materiałów zawiera 100 części wagowych sproszkowanej skały krzemianowej o wielkości cząstki do 0,14 mm, 8-22 części wagowych wodorotlenku metalu alkalicznego, np. wodorotlenku sodowego lub potasowego i 18-38 części wagowych wody. Sposób ich wytwarzania obejmuje odmierzanie i mieszanie wymienionych składników z utworzeniem półproduktów ze wsadu i wypalanie ich w temperaturze 1180-1200°C celem spęcznienia.

W porównaniu z wyżej wymienionym procesem osiągane jest niewielkie zmniejszenie zużycia energii, ale ciągle są obserwowane charakterystyczne spękania, które powodują silną adsorpcję wody i niską mrozoodporność.

184 088

W opisie patentowym US 3.498.802 przedstawiono zdecydowanie lepsze wskaźniki wymienionych parametrów cechujące termoizolacyjne materiały konstrukcyjne na bazie wyżej wymienionych szkieł wodnych, zaalkalizowanych w trakcie otrzymywania przez dodanie 6 do 20% wodorotlenku metalu alkalicznego. Zaalkalizowane szkło wodne jest rozdrabniane na proszek i zadawane wodą, w proporcji wagowej 9:1. Następnie półprodukt utworzony z zalanego proszku jest poddawany działaniu pary w atmosferze zawierającej 50% przegrzanej pary w temperaturze 100 do 200°C i ciśnieniu powyżej 0,1 MPa. Następnie po poddaniu działaniu pary półprodukt jest poddawany dalszej obróbce termicznej (suszony i/lub wypalany) w temperaturze powyżej 100°C, korzystnie powyżej 800°C do spęcznienia.

W trakcie prowadzonych prac stwierdzono, że obecność wodorotlenków sodowego lub potasowego od razu w pierwotnym surowcu znacznie przyspiesza tworzenie się półproduktów i pozwala na znaczące zmniejszenie zużycia energii na ich ogrzewanie. Jednakże stosowanie surowców naturalnych stwarza trudności w uzyskaniu materiałów porowatych o niskie gęstości, np. poniżej 1000 kg/m³, w temperaturach niższych od 800°C.

Pęcznienie półproduktu w wysokich temperaturach zachodzi głównie wskutek polimorficznych przekształceń ziemi okrzemkowej, które po pierwsze rozprężają strukturę uzyskanego półproduktu i zmniejszają jego mechaniczną wytrzymałość, a po drugie prowadzą do wymienionych niepożądanych efektów jak zwiększona adsorpcja wody i obniżona mrozoodporność, które są tłumaczone pękaniem warstw w pobliżu powierzchni. W pewnych przypadkach wytrzymałość uzyskanego produktu może być tak niska, że przetransportowanie materiału z miejsca produkcji do miejsca zapotrzebowania stwarza trudność.

Istotny wzrost wytrzymałości termoizolacyjnych materiałów budowlanych, zmniejszenie adsorpcji wody i zużycia energii na ich wytwarzanie został osiągnięty sposobem według ukraińskiego opisu patentowego nr 3802.

W opisie patentowym UA 3802 opisano termoizolacyjne materiały budowlane, na bazie alkalizowanych i zadawanych wodą surowców krzemianowych oraz sposób ich wytwarzania. Sposób obejmuje kilka etapów takich jak:

- rozdrabnianie stałych składników,

- mieszanie surowców w celu utworzenia wsadu zwykle zawierającego 1-30 części wagowych wodorotlenku metalu alkalicznego i 30-125 części wagowych wody na 100 części wagowych aktywnego materiału krzemianowego,

- traktowanie wsadu nasyconą parą wodną w temperaturze 80-100°C przez okres 20 do 60 minut, po czym

- termiczne pęcznienie w temperaturze 150-660°C do otrzymania półproduktu do dalszego formowania, zwykle drogą granulacji. Materiał ten, od strony technologicznej, stanowi najbliższy stan techniki dla materiału otrzymywanego sposobem według wynalazku.

W porównaniu z powyżej wymienionymi sposobami, materiał otrzymany tym sposobem wymaga mniejszego zużycia energii i posiada stosunkowo niską (50 do 950 kg/m³) i łatwą do korygowania gęstość, oraz - po pierwsze - akceptowalną porowatość, przy której adsorpcja wody w najgorszym przypadku nie przekracza 32,5% i - po drugie - dostateczną wytrzymałość mechaniczną.

Zalety te tłumaczone są faktem, że traktowanie parą surowej mieszaniny generuje żelopodobną, lepką, przylegającą topliwą fazę złożoną z uwodnionych krzemianów metalu alkalicznego (hydrosilicates). Faza ta jest zasadniczo nieprzepuszczalna dla gazów i pary przy niskich ciśnieniach, właściwych dla wymienionej temperatury traktowania parą oraz nieznacznie przepuszczalna dla gazów i pary w trakcie pęcznienia.

Topliwy charakter wymienionej fazy umożliwia obniżenie temperatury pęcznienia i odpowiednio zmniejszenie zużycia energii do wytworzenia pożądanego produktu, a względna nieprzepuszczalność dla gazów tej fazy, zapewnia wspomniana akceptowalną porowatość i dostateczną wytrzymałość.

Jednakże jakość tak otrzymywanego termoizolacyjnego materiału budowlanego jest niestabilna. I tak, wytrzymałość spęczniałych granulek poddanych ściskaniu zmienia się w zakresie 0,2 do 12,2 MPa, a adsopcja wody zmienia się w zakresie 4% do 32,5%. Ponadto praktyka wytwarzania opisanego materiału wykazała, że:

184 088

- przy próbach korygowania wielkości cząstek materiału ziarnistego zaobserwowano występowanie braków powodowanych agregacją (wzajemnym przyleganiem) granulek formowanych i pęczniejących, tym częstsze im mniejsze były pożądane przeciętne rozmiary cząstek, oraz

- przy próbach wytwarzania produktów w postaci bloków i płyt, niewielkie pęknięcia i zasadniczo całkowity brak otwartych porów w warstwach przyległych do powierzchni półproduktów przeszkadzały w uwalnianiu z nich gazowych składników w trakcie pęcznienia, tym bardziej wyraźne im większe musiały być pożądane produkty, oraz naruszenie pewnych całkowitych wymiarów (różne dla różnych surowców) powodujących nawet 100% braków.

Wymienione niepożądane efekty były wywołane łącznym występowaniem wysokiej lepkości i zlepianiem się parowanej surowej mieszaniny, z jej własną niską przepuszczalnością gazów.

Próby zmniejszenia tych niepożądanych efektów poprzez dodatkowe włączanie do wymienionego materiału 1do 150 części wagowych obojętnego agregatu mineralnego niezdolnego do tworzenia uwodnionych krzemianów metalu alkalicznego w wymienionych warunkach traktowania parą, nie doprowadziły do istotnej poprawy w odniesieniu do stabilizowania jakości pożądanego produktu.

Nieoczekiwanie okazało się, że można uniknąć niedogodności tego procesu, jeśli po etapie parowania uzyskany półprodukt zostanie ochłodzony to przechodzi w stan kruchości i jeśli po rozdrobnieniu, podda się go obróbce termicznej, uzyskuje się produkt stabilny.

Tak więc, według wynalazku sposób wytwarzania termoizolacyjnego materiału budowlanego, w postaci materiału drobnoziarnistego lub w postaci płyt lub bloków, na bazie surowca krzemianowego zalkalizowanego i zwilżonego wodą, przez zmieszanie rozdrobnionych składników do wytworzenia wsadu, traktowanie wsadu parą wodną i następne termiczne rozprężanie, polega na tym, że rozdrobniony materiał krzemianowy zalkalizowany i zmieszany z wodą, po parowaniu parą wodną pod ciśnieniem atmosferycznym do osiągnięcia temperatury 75-90°C i powstania uwodnionych krzemianów chłodzi się do temperatury pokojowej, następnie uzyskany materiał w stanie kruchym rozdrabnia się, ewentualnie segreguje i ewentualnie łączy z tradycyjnymi wypełniaczami, kształtuje i poddaje termicznej obróbce rozprężającej w temperaturze 200-450°C.

Korzystnie stosuje się materiał krzemianowy o zawartości krzemionki 70-80%. Ochłodzony po parowaniu, w postaci kruchej poddaje się obróbce termicznej, którą w przypadku materiału w postaci rozdrobnionej prowadzi się w temperaturze 200 do 250°C zaś obróbkę termiczną materiału ukształtowanego w bloki lub płyty prowadzi się w temperaturze 250 do 450°C.

Sposób według wynalazku pozwala na wytwarzanie i, ewentualnie, korygowanie składu wsadu półproduktu przez dodanie wypełniaczy tradycyjnie stosowanych w przemyśle budowlanym. Wypełniaczami mogą być drobnoziarniste agregaty pochodzenia naturalnego, sztucznego lub odpady np. z przemysłu włókienniczego i papierniczego. Materiał taki ma tę zaletę, że umożliwia regulowanie, w szerokim zakresie, wymiarów pożądanego produktu przy jednocześnie zasadniczo większej stabilności wytrzymałości mechanicznej i adsorpcji wody.

Osiąga się to dzięki temu, że termoizolacyjny materiał budowlany na bazie alkalizowanego i zadanego wodą surowca krzemianowego, wytwarzany poprzez rozdrabnianie stałych składników i mieszanie wszystkich składników surowcowych, traktowanie parą uzyskanej mieszaniny, formowanie i termiczne pęcznienie półproduktów w jednym etapie otrzymywany jest, według wynalazku, przez chłodzenie traktowanej parą surowej mieszaniny, aż stanie się krucha, i następne kruszenie kruchej mieszaniny do otrzymania półproduktu, który poddaje się ponownemu ogrzewaniu w drugim etapie, otrzymując finalny materiał, który po rozprężeniu posiada wytrzymałość na ściskanie 0,45 MPa i adsorpcję wody 22,8% wagowo.

Określenie „traktowanie parą” surowej mieszaniny odnosi się do jednego z dwóch zasadniczo równoważnych znaczeń:

- zarówno obróbkę zaalkalizowanego i co najmniej częściowo zadanego wodą surowca krzemianowego za pomocą pary, którą to obróbkę prowadzi się do podgrzania surowca w całości masy i utworzenia uwodnionych krzemianów, - jak i nasycania parą całości masy

184 088 zaalkalizowanego i wstępnie zadanego wodą surowca krzemianowego przy jednoczesnym podgrzewaniu pewnej ilości takiego surowca zewnętrznym źródłem ciepła.

Dzięki uzyskaniu nieoczekiwanego efektu, który został odkryty eksperymentalnie, że produkty kruszenia wsadu surowca ochłodzonego po traktowaniu parą, które utraciły swą lepkość, odzyskują wymienioną lepkość tylko w znacząco mniejszym stopniu niż pierwotna, w wyniku powtórnego ogrzewania do temperatury pęcznienia (tj. powyżej 100, korzystnie powyżej 200°C).

Agregacja cząstek z formowaniem nieregularnych pod względem kształtu i wielkości konglomeratów ma miejsce tylko w warunkach sprzyjających przywieraniu, na przykład pod zewnętrznym ciśnieniem, lub pęcznieniu w masie.

Tworzenie się konglomeratów jest dostatecznie eliminowane, jeśli etap pęcznienia jest przeprowadzany z mieszaniem, na przykład podczas swobodnego przemieszczania się lub wytrząsania półproduktu otrzymanego przez kruszenie. Dlatego fachowiec może wytworzyć pożądany, zdyspergowany produkt w szerokim zakresie rozmiarów od „piasku” do „grysu” przez przeprowadzenie zwykłej próby dla ustalenia warunków kruszenia, przy zasadniczo stabilnej wytrzymałości mechanicznej cząstek i adsorpcji wody.

Należy dalej wziąć pod uwagę, że:

- po pierwsze, wymieniony pokruszony półprodukt nadaje się do długotrwałego przechowywania (co najmniej jeden miesiąc) w masie bez aglomerowania i bez utraty zdolności do pęcznienia;

- po drugie, pokruszony półprodukt, korzystnie nie frakcjonowany po względem rozkładu wielkości ziarna, może być wykorzystany do produkowania materiału w postaci płyt i bloków odpowiednich na zewnętrzne elementy budynków i konstrukcji jak wspomniano powyżej.

Pierwszą cechą charakterystyczną jest to, że półprodukty, które są poddawane pęcznieniu, otrzymywane są z pokruszonej mieszaniny poprzez jej frakcjonowanie pod względem rozkładu rozmiaru ziarna. Termoizolacyjny materiał budowlany wyprodukowany z takiego półproduktu nie wymaga jakiegokolwiek ponownego frakcjonowania po pęcznieniu co znacząco upraszcza produkcję wypełnień termoizolacyjnych i agregatów do betonów lekkich, mających określoną gęstość i przewodnictwo cieplne.

Drugą cechą charakterystyczną jest to, że przed otrzymaniem półproduktu, który ma być poddany pęcznieniu można dodać do pokruszonej mieszaniny inny, korzystnie porowaty agregat. Taki wsad półproduktu jest najbardziej korzystny do wytwarzania termoizolacyjnego materiału konstrukcyjnego w postaci wymienionych płyt i bloków.

Następujące materiały mogą być wykorzystane jako wymienione agregaty w postaci cząstek mających określone przeciętne rozmiary, do konkretnych zastosowań:

naturalny pumeks, tuf wulkaniczny, skała osadowa, etc., sztuczne materiały porowate takie jak keramzyt, perlit, spęczniały wermikulit, żużel, pumeks, porowaty spiek, etc., i niektóre zwarte materiały jak rozmaite odpady produkcyjne, na przykład: resztki celulozy z produkcji papieru, odpady garbników z garbarstwa i odpady lnu z przemysłu lniarskiego.

Taka korzyść wynika z faktu, że w trakcie obróbki termicznej półproduktu, pęcznienie cząstek pokruszonego półproduktu zachodzi bez powstawania ciągłych warstw, nieprzepuszczalnych dla par i gazów, w pobliżu powierzchni mającej zasadniczo niskie przewodnictwo cieplne.

Fachowiec wykorzystując typowe składy wsadu półproduktu i warunki obróbki cieplnej może uzyskać scalenie wsadu w płyty lub bloki o stabilnych wymiarach i kształcie odpowiadającym wymaganiom do tego stopnia, że dostatecznie eliminują potrzebę mechanicznego wykańczania, co zasadniczo zmniejsza zużycie energii.

Poniżej przedstawiono praktyczne przykłady realizacji wynalazku w oparciu o konkretne przykłady składu termoizolacyjnego materiału budowlanego oraz opisy sposobu wytwarzania.

Materiały krzemianowe stosowane w praktycznych przykładach realizacji wynalazku przedstawiono w tabeli 1.

184 088

Tabela 1

Skład chemiczny materiałów krzemianowych w % wagowych

Surowiec	Skład chemiczny, % wagowy	Kwarc % wag
	SiO₂	AlA	Fe₂O₃	CaO	MgO	Na₂O	K2O	Zawartość c. l
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Tuf opalizowany	93,3	2,5	0,5	0,6	0,1	0,7	0,3	2,0	30,5
Geza okrzemkowa	85,4	2,3	6,1	1,2	0,6	0,2	0,2	4,0	2,3
Trypolit	83,1	5,7	4,5	1,4	0,8	0,5	0,4	3,6	10,2
Szkło wodne	68,6	1,5	1,3	0,7	0,5	24,2	0,4	2,8	0,7

Uwag:

a) Skrót „c.l.” oznacza „utratę masy po prażeniu” charakteryzującą obecność zanieczyszczeń organicznych lub związanej wody w postaci wody krystalizacyjnej w minerałach.

b) Przedstawiona w kolumnie 10 zawartość kwarcu, to jest krystalicznego dwutlenku krzemu, określa jego udział w całej ilości wymienionego dwutlenku krzemu wskazanej w kolumnie 2.

Jako alkalia stosowano w przykładach wodorotlenek sodowy w postaci 40% roztworu wodnego.

Sposób wytwarzania termoizolacyjnego materiału konstrukcyjnego prowadzi się przez: rozdrabnianie materiałów krzemianowych, korzystnie celem otrzymania cząstek mających przeciętne rozmiary w zakresie 10 do 2,5 mm; odmierzanie surowców:

- materiałów krzemianowych,

- wodorotlenku metalu alkalicznego, korzystnie wodorotlenku sodowego, i

- wody (lub roztworu co najmniej 40% sody kaustycznej);

alkalizowanie i zadawanie wodą materiału krzemianowego poprzez wzajemne ich mieszanie z wodorotlenkiem metalu alkalicznego i wodą (lub z roztworem wodnym tego wodorotlenku);

traktowanie parą uzyskanej mieszaniny celem utworzenia uwodnionych krzemianów pod ciśnieniem atmosferycznym (z dodatkowym mieszaniem, jeśli jest ono potrzebne) w temperaturze korzystnie w zakresie 75 do 90°C, w tym:

- parą nasyconą, jeśli surowiec krzemianowy był zadany częścią wody podczas przygotowania mieszaniny,

- lub ogrzewanie mieszaniny zadanej całą ilością wody przez zewnętrzne źródło ciepła do całkowitego nasycenia parą;

chłodzenie traktowanej parą mieszaniny zasadniczo do temperatury pokojowej (18-25°C) lub niższej temperatury w czasie dostatecznym do przejścia w stan kruchy;

kruszenie lub rozdrabnianie kruchej mieszaniny;

klasyfikowanie uzyskanego materiału półproduktu pod względem rozkładu wielkości ziarna (jeśli konieczne);

przygotowanie wsadu półproduktu poprzez mieszanie pokruszonego materiału półproduktu w wymaganej proporcji z porowatym agregatem o wymagane wielkości i utworzenie półproduktu, który ma być poddany obróbce termicznej, na przykład poprzez wypełnienie mieszaniną składanych form, jeśli wytwarzany materiał jest przeznaczony do produkcji bloków lub płyt;

184 088 obróbka termiczna (pęcznienie):

- w temperaturze korzystnie 200 do 250°C w trakcie 25-35 minut jeśli wytwarza się materiał w postaci drobnych cząstek, lub w temperaturze 250 do 450°C w trakcie 2,5-6 godzin jeśli wytwarza się materiał w postaci bloków lub płyt.

W pewnych przypadkach, zwłaszcza gdy stosowano frakcje pokruszonego półproduktu o małych rozmiarach, np. wielkości piasku, może być dodana do wsadu półproduktu przed pęcznieniem niewielka ilość wody, dostateczna dla ułatwienia wypełniania form i wygładzenia powierzchni półproduktu przeznaczonego na bloki lub płyty. Jest oczywiste dla fachowców, że w tym samym celu mogą być zastosowane wibratory dla ułatwienia napełniania form wsadem półproduktu i wygładzenia powierzchni półproduktu.

Sposobem według wynalazku otrzymano próbki:

materiałów ziarnistych o rozmiarach odpowiednio do 5, od 5 do 10 i od 10 do 20 mm; materiałów w postaci płyt i bloków, w tym szczególnym przypadku jako modelowe próbki sześcienne mające krawędzie odpowiednio 100, 200 i 400 mm.

Celem porównania, zostały wytworzone próbki termoizolacyjnego materiału budowlanego o tym samym kształcie i wymiarach według ukraińskiego opisu patentowego nr 3802.

W tabelach 2 i 3 podano konkretne składy mieszanin surowca stosowane w przeprowadzonych próbach oraz monitorowane warunki.

Tabela 2

Kompozycje surowych mieszanin i monitorowane warunki dla ziarnistych termoizolacyjnych materiałów budowlanych

	Wartości wskaźników według przykładów dla materiałów:
Wskaźniki		zastrzeganego			znanego
monitorowane
	PC1	PC2	PC3	PC4	PK1	PK2	PK3	PK4
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Składniki %
wag.:
Tuf opalizowany	100	-	-	-	100	-	-	-
Geza okrzemkowa	-	100	-	-	-	100	-	-
Trypolit	-	-	100	100	-	-	100	-
Zanieczyszczony	-	-	-	-	-	-	-	100
Krzemian sodowy
Piasek kwarcowy	-	-	-	-	-	150	-	100
Kwarcyt	-	-	-	-	1	-	100	-
Wodorotlenek metalu	15	20	25	30	30	10	15	-
alkalicznego
Woda	60	50	40	30	80	30	125	30
Warunki: Zakres rozmiarów cząstek, mm Obróbka parą:	2,5	2,0	1,5	1,0	0,14	0,14	0,14	0,1
- temperatura, °C	90	80	75	75	100	80	90	90

184 088 c d tabeli 2

1	2	3	4	5	6	7	8	9
- czas, minuty Chłodzenie	45	40	40	40	60	20	30	30
- temperatura, °C	20	20	20	20	-	-		-
- czas, minuty Pęcznienie:	90	60	40	20	-	-		-
- temperatura, °C	200	220	250	250	660	150	300	300
- czas, minuty	35	30	25	25	10	120	30	30

Tabela 3

Kompozycje surowych mieszanin i monitorowane warunki dla termoizolacyjnych materiałów konstrukcyjnych w postaci bloków

	Wartości wskaźników według przykładów dla materiałów.
Wskaźniki	zastrzeganego	znanego
	BC1	BC2	BC3	BC4	BK1	BK2	BK3	BK4
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Składniki %
wag..
Tuf opalizowany	100	-	-	-	100	-	-	-
Geza okrzemkowa	-	100	-	-	-	100	-	-
Trypolit	-	-	100	100	-	-	100	-
Zanieczyszczony krzemian sodowy	-	-	-	-	-	-	-	100
Piasek kwarcowy	-	-	-	-	1	-	-	100
Kwarcyt	-	-	-	-	-	50	50	-
Wodorotlenek metalu alkalicznego	15	20	25	30	30	15	25	-
Woda	60	50	40	30	30	75	125	40
Porowaty agregat	100	120	130	150	-	-	-	-
Warunki:
Zakres rozmiarów	2,5	2,0	1,5	1,0	0,14	0,14	0,14	0,1
cząstek, mm
Obróbka parą:
- temperatura, °C	90	80	75	75	100	80	90	90
- czas, minuty	45	40	40	40	45	20	30	30
Chłodzenie
- temperatura, °C	20	20	20	20	-	-	-	-

184 088

c.d. tabeli 3

1	2	3	4	5	6	7	8	9
- czas, minuty	90	60	40	20	-	-	-	-
Pęcznienie
- temperatura, °C	350	250	450	350	660	450	600	300
- czas, minuty	150	300	250	250	180	420	300	300

U w a j> i: ziarnisty termoizolacyjny materiał budowlany według wynalazku mający zakres wielkości cząstek 5 do 15 mm i gęstość nasypową około 200 kg/m3, uprzednio otrzymany, zastosowano jako porowaty agregat.

Zmierzono następujące wartości wymienionych próbek materiału otrzymanego sposobem według wynalazku oraz znanego termoizolacyjnego materiału konstrukcyjnego:

a) dla materiałów ziarnistych:

- gęstość nasypowa, kg/m3,

- wytrzymałość na ściskanie w cylindrze, MPa,

- adsorpcja wody, % wagowy,

- ilość braków z powodu agregacji, % wagowy;

b) dla bloków i płyt:

- gęstość, kg/m3,

- wytrzymałość na ściskanie w cylindrze, MPa,

- adsorpcja wody, % wagowy,

- ilość braków z powodu wgłębień, % wagowy;

Gęstość i gęstość nasypowa, wytrzymałość na ściskanie i adsorpcja wody we wszystkich przypadkach zostały określone technikami dobrze znanymi dla specjalistów.

Ilość braków w wytworzonych materiałach ziarnistych w wyniku agregacji została określona jako udział cząstek przekraczających konkretny przeciętny rozmiar w stosunku do całej otrzymanej ilości.

Ilość braków w wytworzonym materiale w blokach z powodu wgłębień została określona jako udział próbek mających ewidentnie widoczne jamy względem całej ilości wyprodukowanych próbek, która w każdym wsadzie wynosiła 100 elementów.

Wyniki testów zostały przedstawione w odpowiednich tabelach 4 i 5 dla materiałów ziarnistych i materiałów w postaci bloków. Jednostki zmierzonych wartości podano powyżej.

Tabela 4

Wskaźniki jakościowe dla ziarnistych termoizolacyjnych materiałów konstrukcyjnych

	Wartości wskaźników według przykładów dla materiałów:
Wskaźniki monitorowane	zastrzeganego	znanego
	PC1	PC2	PC3	PC4	PK1	PK2	PK3	PK4
Gęstość nasypowa	320	240	200	130	50	950	205	245
Wytrzymałość na ściskanie	1,1	0,83	0,57	0,45	0,02	12,5	0,27	0,51
Adsorpcja wody	5,4	7,6	11,1	22,8	32,5	15,5	26,9	9,7
Ilość braków we frakcjach:
do 5 mm	0	3	2	6	100	93	100	100
5 do 10 mm	2	2	4	5	60	46	52	49
10 do 20 mm	0	2	3	5	25	23	33	27

184 088

Tabela 5

Wskaźniki jakościowe dla termoizolacyjnych materiałów konstrukcyjnych w blokach

Wartości wskaźników według przykładów dla materiałów

Wskaźniki monitorowane	zastrzeganego	znanego
BC1	BC2	BC3	BC4	BK1	BK2	BK3	BK4
Gęstość	520	490	440	430	580	1050	640	1110
Wytrzymałość na ściskanie	2,1	2,0	1,57	1,45	102	4,5	1,2	7,51
Adsorpcja wody Ilość braków przy długości krawędzi:	15,2	17,5	21,1	22,6	35,2	18,4	32,1	15,1
100 mm	0	0	0	3	0	0	10	0
200 mm	0	0	0	5	62	49	55	50
400 mm	0	2	4	4	100	100	100	100

W odniesieniu do zastosowania przemysłowego wynalazku dane przedstawione w tabeli 4 wykazują, że:

- gęstość nasypowa ziarnistego termoizolacyjnego materiału budowlanego otrzymanego sposobem według wynalazku nie tylko wykazuje dostatecznie większą stabilność w porównaniu z podobnymi znanymi materiałami ale również może być regulowana poprzez zmienianie proporcji składników w surowych mieszaninach;

- podobnie, materiały te mają większą stabilność wskaźników wytrzymałości na ściskanie i adsorpcji wody, które również mogą być regulowane, przy czym wymienione wskaźniki w odniesieniu do materiałów otrzymanych sposobem według wynalazku są bardziej korzystne przy wartościach gęstości nasypowej podobnych do takich samych wartości dla znanych materiałów;

- dalej, ilość braków spowodowanych agregacją w materiałach otrzymanych sposobem według wynalazku nie tylko, że jest 10, 20 i 30 razy mniejsza niż znanych materiałów ale również jest zasadniczo niezależna od zakresu wymiarów cząstek.

Należy dalej zaznaczyć, że zakres sterowania wartościami wymienionych wskaźników jakościowych materiałów otrzymywanych sposobem według wynalazku, który oczywiście nie jest ograniczony do przedstawionych danych, może być dostosowany do wymagań klientów.

Dane przedstawione w tabeli 5 wykazują, że:

termoizolacyjny materiał budowlany w blokach, otrzymany sposobem według wynalazku, jak również materiał ziarnisty, mają również znacząco większą stabilność gęstości w porównaniu z podobnymi znanymi materiałami ale również może ona być regulowana poprzez zmienianie proporcji składników w surowych mieszaninach;

podobnie, materiały otrzymane sposobem według wynalazku typu bloków jak i typu ziarnistego mają większą stabilność wytrzymałości na ściskanie i adsorpcji wody, przy czym one również mogą być regulowane. Wskaźniki materiałów otrzymanych sposobem według wynalazku są bardziej korzystne przy wartościach gęstości nasypowej podobnej do tych wartości dla znanych materiałów);

i w końcu, ilość braków spowodowanych wgłębieniami w materiałach otrzymanych sposobem według wynalazku nie tylko, że jest bardzo mała ale również niezależna od wymiarów

184 088 bloku lub płyty, podczas gdy ilość braków w znanych materiałach mających długość krawędzi powyżej 100 mm czyni ich wytwarzanie właściwie nie do zaakceptowania.

Należy dalej zaznaczyć, że jeśli materiał ziarnisty jest stosowany jako porowaty agregat, to najwyższa wartość zakresu gęstości materiałów otrzymanych sposobem według wynalazku typu bloków okazuje się być poniżej zakresu gęstości znanych materiałów z tej samej klasy, mając adsorpcję wody i wartość wytrzymałości w tych samych zakresach.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania termoizolacyjnego materiału budowlanego, w postaci materiału drobnoziarnistego lub w postaci płyt lub bloków, na bazie surowca krzemianowego zalkalizowanego i zwilżonego wodą, przez zmieszanie rozdrobnionych składników do wytworzenia wsadu, traktowanie wsadu parą wodną i następne termiczne rozprężanie, znamienny tym, że rozdrobniony materiał krzemianowy zalkalizowany i zmieszany z wodą, po parowaniu parą wodną pod ciśnieniem atmosferycznym do osiągnięcia temperatury 75-90°C i powstania uwodnionych krzemianów chłodzi się do temperatury pokojowej, następnie uzyskany materiał w stanie kruchym, rozdrabnia się, ewentualnie segreguje i ewentualnie łączy z tradycyjnymi wypełniaczami, kształtuje i poddaje termicznej obróbce rozprężającej w temperaturze 200 - 450°C.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się materiał krzemianowy o zawartości krzemionki 70-80%.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako tradycyjne wypełniacze stosuje się agregaty drobnoziarniste pochodzenia naturalnego, sztucznego lub odpady przemysłowe.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że obróbkę termiczną materiału w postaci rozdrobnionej prowadzi się w temperaturze 200 do 250°C.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że obróbkę termiczną materiału ukształtowanego w bloki lub płyty prowadzi się w temperaturze 250 do 450°C.