PL249498B1 - Masa do produkcji lekkich autoklawizowanych wyrobów silikatowych zawierająca szkło spienione oraz włókna szklane z powłoką cyrkonową - Google Patents

Abstract

Masa silikatowa do produkcji wyrobów silikatowych o podwyższonych parametrach termoizolacyjnych, charakteryzująca się zwiększoną porowatością otrzymywanych produktów i wytrzymałością na ściskanie powyżej 5 N/mm2, zawierającą mieszankę wapienno-piaskową, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera granulat szkła spienionego o frakcji 0,25 - 0,5 mm w ilości 5% - 30% wag. oraz włókna szklane z powloką cyrkonową (tlenek cyrkonu) w ilości 1% - 5% wag.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest masa do produkcji autoklawizowanych wyrobów silikatowych o niskim współczynniku przewodzenia ciepła przy zachowaniu wytrzymałości na ściskanie nie mniejszej niż 5 N/mm². Do wykonania wyrobu jako produkt wyjściowy stosowana jest masa wapienno-piaskowa, formowana w elementy budowlane, tj. bloczki i cegły.

Tradycyjny wyrób silikatowy jest produktem mieszaniny piasku kwarcowego (ok. 90-92% masy) i wapna mielonego (udział ok. 5-8%), uzupełnionego niewielką ilością wody, pozwalającą na hydratację składników. Tak przygotowana mieszanka jest formowana i poddawana procesowi 8-godzinnej autoklawizacji w temperaturze 203°C. Proces ten ma na celu zapewnienie właściwego przebiegu reakcji chemicznej między krzemem i wapnem pod wpływem temperatury i ciśnienia pary wodnej. Otrzymany produkt wapienno-piaskowy cechuje duża wytrzymałość na ściskanie rzędu 15:20 N/mm², dobra izolacyjność akustyczna oraz wysoki współczynnik przewodzenia ciepła (ok. 0,8-1,0 W/(m^K)). Ponadto wyroby te charakteryzuje najniższa zawartość naturalnych pierwiastków promieniotwórczych w stosunku do innych tradycyjnych elementów ściennych. Dzięki naturalnym składnikom wyjściowym, gotowe wyroby są przyjazne dla środowiska oraz stanowią zdrowe otoczenie człowieka. Przy wielu zaletach wyrobów wapienno-piaskowych zwraca się uwagę na ich dużą gęstość objętościową, która spostrzegana jest jako wada w transporcie i realizacji. Podniesienie właściwości termoizolacyjnych przy jednoczesnym utrzymaniu wytrzymałości na ściskanie powyżej 5 N/mm² powoduje, że z masy silikatowej mogą być produkowane elementy konstrukcyjne o korzystnych parametrach termoizolacyjnych.

Z polskiego zgłoszenia patentowego nr P.407967 znane jest zastosowanie granulatu szkła spienionego o frakcji 0,5-1,0 mm w ilości 10-30% wag. oraz polikrzemianu litu w ilości 4-6% wag. jako wypełniaczy w wyrobie wapienno-piaskowym. Tak utworzona masa surowcowa, poddana formowaniu i 8-godzinnemu procesowi autoklawizacji w temperaturze 203°C, pozwala na uzyskanie wyrobów o gęstości objętościowej 910 kg/m³, przy wytrzymałości na ściskanie 5,0 N/mm². Praktyczne zastosowanie przedstawionej modyfikacji wyrobów wapienno-piaskowych, wiąże się ze złożoną rozbudową linii technologicznej, trudnościami związanymi z przechowywaniem oraz dozowaniem płynnych środków chemicznych, z wygospodarowaniem miejsca do kruszenia szkła i zwiększonym zapyleniem powietrza, towarzyszącym temu procesowi.

Znany jest również opis patentowy DE19703777 przedstawiający wyroby silikatowe, w których piasek kwarcowy jest całkowicie zastąpiony lekkim kruszywem w postaci połączonego chemicznie keramzytu i szkła spienionego o określonej frakcji, z użyciem 4-10% wagowych wapna. Po wymieszaniu składników masy, prasowaniu i formowaniu, półfabrykaty takie poddawane są takim samym procesom autoklawizacji jak wyroby tradycyjne. Dzięki niskiej przewodności cieplnej użytych surowców krzemionkowych pozwala na otrzymanie wyrobów o poprawionej izolacyjności cieplnej. Wadą tego wynalazku jest jednak zastosowanie w masie surowcowej kruszywa o zwiększonej ilości związków chemicznych, a co za tym idzie - większej ilości pierwiastków promieniotwórczych w gotowym wyrobie.

Z opisu patentowego CN104844255 znany jest sposób wytwarzania lekkich bloczków betonowych, zbrojonych włóknem szklanym o długości 5-30 mm oraz granulatem szkła spienionego z zastosowaniem superplastyfikatorów z grupy lignosulfonianów, nadtlenku wodoru i tlenku manganu. Beton taki cechuje zmniejszony ciężar (800-1000 kg/m³), wysoka wytrzymałość, odporności na mróz i wysoka izolacyjność cieplna. Wadą tego rozwiązania jest udział cementu i popiołów lotnych jako spoiwa, które wpływają na wzrost ilości naturalnych pierwiastków promieniotwórczych w masie wyrobu.

Z opisu patentowego RU2303015 zastosowanie stłuczki szklanej jako wypełniacza, mającego na celu zwiększenie porowatości wyrobu silikatowego jest znane w modyfikacji wyrobów wapienno-piaskowych, przedstawionych w opisach patentowych. Modyfikacje te polegają na użyciu, jako substytutu mieszanki wapienno-piaskowej, szkła spienionego rozdrobnionego do frakcji 3-20 mm.

Znany jest również opis RU2408555, w którym zastosowano szkło piankowe impregnowane do nasycenia zawiesiną wapna gaszonego z udziałem ciał stałych Ca(OH)2 i jednowartościowego wodorotlenku metalu alkalicznego. Otrzymany z surowej mieszaniny materiał formuje się i poddaje obróbce hydrotermalnej. Znane z powyższych opisów doświadczenia przeprowadzane były w temperaturze 175°C i ciśnieniu pary 1 MPa.

Praktyczne zastosowanie wyżej wymienionych modyfikacji wiąże się ze złożoną rozbudową linii technologicznej, trudnościami związanymi z przechowywaniem oraz dozowaniem płynnych środków chemicznych, z wygospodarowaniem miejsca do kruszenia szkła i zwiększonym zapyleniem powietrza, towarzyszącym temu procesowi.

Masa do produkcji autoklawizowanych wyrobów silikatowych zawierająca szkło spienione oraz włókna szklane z powłoką cyrkonową, o podwyższonych parametrach termoizolacyjnych, charakteryzująca się zwiększoną porowatością otrzymywanych produktów i wytrzymałością na ściskanie powyżej 5 N/mm², zawierającą mieszankę wapienno-piaskową, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera granulat szkła spienionego o frakcji 0,25-0,5 mm w ilości 5% - 20% wag. oraz włókna szklane z powłoką cyrkonową w ilości 1% - 3% wag.

Mieszanina surowcowa według wynalazku składa się z lekkiego wypełniacza w postaci granulatu szkła spienionego o frakcji 0,25-0,5 mm, stanowiącego 5-20% wag. włókien szklanych z powłoką cyrkonową w ilości 1-3% wag. oraz mieszaniny wapienno-piaskowej w łącznej ilości 65-94% wag., w której 92% wag. stanowa piasek kwarcowy, a 8% wag. stanowi wapno palone. Tak przygotowana mieszanka jest zwilżana wodą w ilości 8% wag. Po uformowaniu masa poddawana jest autoklawizacji w temperaturze około 203°C przez 8 godzin.

Ze stanu techniki nie znajduje się opisu wskazującego na zastosowanie granulatu szkła spienionego oraz włókien szklanych w autoklawizowanych wyrobach wapienno-piaskowych.

Granulat szkła spienionego jest ultralekkim wypełniaczem o strukturze otwartych porów, charakteryzującym się wysoką odpornością na ściskanie, znakomitą chłonnością dźwięku oraz wysoką termoizolacyjnością. Ponadto jest produktem mineralnym, przyjaznym dla środowiska, który nie stanowi pożywki dla szkodników biologicznych i grzybów. Ponadto jest on produktem pochodzącym w 100% z recyklingu, co przyczynia się do zmniejszenia ilości tego odpadu na składowiskach.

Zastosowane włókna szklane z powloką cyrkonową charakteryzuje zwiększona odporność alkaliczna. Dzięki utworzeniu cienkiej warstwy bogatej w ten tlenek, dyfuzja jonów OH^- jest znacznie ograniczona, przez co nie dochodzi do korozji masy szklanej. Odporność ta wzrasta wraz z udziałem tego tlenku. Tego rodzaju włókna szklane mogą być również produktem recyklingu odpadu szklanego.

Wprowadzenie wyżej wymienionych produktów do wyrobów silikatowych na etapie ich produkcji, według założeń wynalazku, prowadzi do zmian właściwości użytkowych otrzymanych produktów końcowych, co potwierdza analiza otrzymanych wyników badań. Zastosowanie granulatu szkła spienionego powoduje zwiększenie udziału porów w strukturze wyrobu po związaniu i utwardzeniu, co bezpośrednio przekłada się na obniżenie gęstości objętościowej i poprawę izolacyjności cieplnej. Zaletami wyrobu silikatowego, otrzymanego według wynalazku, są niski ciężar objętościowy wyrobu, zwiększona porowatość, wpływająca korzystnie na zmniejszenie wartości współczynnika przewodzenia ciepła przy jednoczesnym utrzymaniu wytrzymałości na ściskanie powyżej 5 N/mm². Dzięki temu z otrzymanej masy można wykonywać elementy konstrukcyjne i/lub izolacyjne minimalizujące efekt powstawania mostków termicznych.

Przedmiot wynalazku opisany jest poniżej w przykładzie realizacji masy do produkcji autoklawizowanych wyrobów silikatowych według wynalazku.

Do tradycyjnej mieszanki wapienno-piaskowej, na którą składa się 92% piasku kwarcowego i 8% wapna palonego wprowadzono granulat szkła spienionego o frakcji 0,25-0,5 mm (1P) w ilości odpowiednio 5, 10 i 20% wag. oraz włókna szklane z powłoką cyrkonową (W) w ilości 1 i 3% wag. Masę zwilżono wodą w ilości 8% wag. w stosunku do całej masy mieszanki. Tak powstała masa poddawana została formowaniu i ośmiogodzinnej autoklawizacji w temperaturze 203°C. Właściwości otrzymanych wyrobów z odpowiednio przygotowanej masy porównano z właściwościami tradycyjnych wyrobów wapienno-piaskowych. Wyniki przedstawiono na wykresach 1 i 2.

Wykres 1 przedstawia wpływ udziału granulatu szkła spienionego o frakcji 0,25-0,5 mm i włókien szklanych z powłoką cyrkonową w masie wyrobów silikatowych na wytrzymałość na ściskanie badanych elementów. Wyniki badań porównano z właściwościami próbki referencyjnej, odpowiadającej tradycyjnemu wyrobowi silikatowemu (WP). Zauważono, że dodatek w postaci cyrkonowych włókien szklanych wpływa pozytywnie na wytrzymałość na ściskanie próbek z dodatkiem granulatu szkła spienionego. Dzięki tej modyfikacji możliwe jest uzyskanie wyrobów o wysokich parametrach termoizolacyjnych, których wytrzymałość na ściskanie jest wyższa od 5,0 N/mm². Wyrobem dającym korzystne cechy użytkowe jest zatem element silikatowy modyfikowany granulatem szkła spienionego w ilości 20% wag. oraz cyrkonowym włóknem szklanym w ilości 3%.

Wpływ udziału zastosowanych dodatków w masie wyrobu wapienno-piaskowego na gęstość objętościową oraz zmianę współczynnika przenikania ciepła uzyskanego wyrobu, przedstawia wykres 2. Wynika stąd, że ilości wypełniaczy w masie próbki pozwalają na znaczne obniżenie ciężaru wyrobu, które z kolei wpływa korzystnie na wartość współczynnika przewodzenia ciepła.

Claims (1)

1. Masa do produkcji autoklawizowanych wyrobów silikatowych zawierająca szkoło spienione oraz włókna szklane z powłoką cyrkonową, o podwyższonych parametrach termoizolacyjnych, charakteryzująca się zwiększoną porowatością otrzymywanych produktów i wytrzymałością na ściskanie powyżej 5 N/mm², zawierająca mieszankę wapienno-piaskową, znamienna tym, że zawiera granulat szkła spienionego o frakcji 0,25-0,5 mm w ilości 5% - 20% wag. oraz włókna szklane z powłoką cyrkonową w ilości 1% - 3% wag.