UA154897U - Спосіб отримання твердих пористих ізоляційних плит - Google Patents

Abstract

Спосіб отримання твердих пористих ізоляційних плит з об'ємною масою в сухому стані від 50 до 250 кг/м3 включає перемішування води, в'яжучого, сухих інгредієнтів та пороутворювача, розливання готової суміші до формоутворюючої ємності - форми, в якій відбувається формування структури масиву матеріалу, відстоювання у формі сформованого масиву матеріалу, звільнення готового масиву матеріалу опалубки з форми, розрізання масиву на вироби заданого розміру. Перемішування здійснюють у змішувачі турбулентного типу із швидкістю обертання робочого органу перемішування не менше 200 та не більше 1200 обертів на хвилину. При цьому до складу сухих інгредієнтів додатково вводять наповнювач - ценосфери та фіброволокно.

Description

Корисна модель належить до способів виробництва твердих пористих ізоляційних матеріалів для вирішення проблем впровадження енергозберігаючих технологій при зведенні будинків і споруджень у промисловому і цивільному будівництві, їх додаткової термомодернізації, вогнезахисту, а також впровадження нових ізоляційних матеріалів у високотемпературних технологічних процесах шляхом виготовлення готових для використання твердих пористих ізоляційних плит з об'ємною масою в сухому стані від 50 до 250 кг/м3.

З рівня техніки відомий склад ніздрюватого бетону та спосіб отримання пористих бетонних матеріалів (Патент ШАУ996, МПК С04838/00, СО4816/00, опубл.17.10.2005), які виготовлялися в такий спосіб. Попередньо змішувалися компоненти в сухому стані (цемент, мікросфери, вода) у пропорції відповідно 65:5:30 95, з розрахунку на стандартний зразок розмірами 10х10х1Осм.

Перемішування суміші здійснювалося протягом 5 хв. Далі в суміш додавалися добавки та спінювач і здійснювалося їхнє спільне перемішування протягом З хв. Потім проводилося формування суміші у формі протягом бОхв. Витримка суміші у формі - 2-20 год.

Недоліками аналогу є те, що: - у процесі виробництва матеріалу не передбачено жодного додаткового впливу на в'яжуче, яке використовується, зокрема механоактивації у процесі його виготовлення, хоча, враховуючи значну пористість готового виробу є необхідним забезпечення високої міцності каркасу стінок пор, які вміщують композит в'яжучого і наповнювача; - зміцнення каркасу стінок пор може бути здійснено лише збільшенням кількості в'яжучого, що в свою чергу впливає на економічність виробництва і виробу, призводить до зростання об'ємної маси готового виробу та, відповідно, погіршує його ізоляційні властивості; - відсутнє мікроармування фіброволокнами, що негативно впливає на фізико-механічні показники, які необхідні для застосування пористих бетонних матеріалів.

За найближчий аналог вибрано спосіб отримання твердого пористого матеріалу (Патент

ОА139028, МПК СО48В 38/02, С048 28/04, опубл. 10.12.2019) щільністю від 100 до 200 кг/м3 шляхом перемішування води та сухих компонентів, в якому до змішувача подають воду при температурі 35-45"С, далі до працюючого змішувача завантажують сухі компоненти: портландцемент, водорозчинну сіль кальцію, вапно негашене молоте та поліпропіленові волокна, і здійснюють перемішування, потім до безперервно перемішуваної суміші вводять

Зо газоутворювач та здійснюють перемішування. Далі зливають готову суміш, що має температуру від 38 до 42 "С, до формоутворюючої ємності, у якій відбувається спучування та формування структури масиву матеріалу, далі здійснюють відстоювання масиву матеріалу в природних умовах. Після остаточного твердіння масиву матеріалу розрізають масив на окремі вироби. При цьому до змішувача разом із іншими компонентами додатково завантажують спучений перліт, первинне перемішування проводять до двох хвилин, після введення газоутворювача перемішування здійснюють до однієї хвилини, а формоутворюючі ємності зверху накривають плівкою. Один з етапів способу включає додавання до змішувача разом із іншими компонентами спученого перліту, що негативно впливає на готові вироби.

Піщинки спученого перліту мають відкриту пористість, що призводить до значного зростання водопотреби при затворюванні водою в процесі перемішування суміші під час виробництва та сприяє зволоженню готового виробу під час експлуатації. Додаткова вода у суміші під час виробництва веде до зниження міцності цементної матриці стінки пори газобетону. Додаткова вода (зволоження) у готовому ізоляційному матеріалі суттєво погіршує його теплоізоляційні властивості. Окрім того, найдрібніший спучений перлітовий пісок марки М75 має розмір частинок 160-1250 мкм, що не дає можливості компактно вкладатись у стінки пор газобетону, низька міцність на стискання перліту також негативно впливає на міцність виробів - аналога.

Технічний результат заявленої корисної моделі полягає в тому, що механоактивація в'яжучого у процесі його перемішування з водою, додаткова мікропоризація мікросферою перегородок між повітряними порами готового матеріалу та мікроармування стінок пор фіброволокном покращує фізико-механічні та експлуатаційні властивості твердих пористих ізоляційних плит.

Поставлена задача вирішується тим, що запропонований спосіб отримання твердих пористих ізоляційних плит з об'ємною масою в сухому стані від 50 до 250 кг/м", що включає перемішування води, в'яжучого, сухих інгредієнтів та пороутворювача, розливання готової суміші до формоутворюючої ємності - форми, в якій відбувається формування структури масиву матеріалу, відстоювання у формі сформованого масиву матеріалу, звільнення готового масиву матеріалу опалубки з форми, розрізання масиву на вироби заданого розміру, згідно з корисною моделлю, перемішування здійснюють у змішувачі турбулентного типу із швидкістю обертання робочого органу перемішування не менше 200 та не більше 1200 обертів на хвилину, причому бо до складу сухих інгредієнтів додатково вводять наповнювач - мікросфери ценосфери та фіброволокно, при наступному співвідношенні компонентів, мас. 9о: в'яжуче 30-90 ценосфери 0,3-30 фіброволокно 0,05-2 пороутворювач 1-20 вода решта.

Переважно, фіброволокном є поліетиленові, або поліпропіленові, або вуглецеві, або базальтові волокна, або їх суміші.

Переважно, пороутворювачем є водний розчин алюмінієвої пудри або алюмінієвої пасти для виробництва газобетону, або піноутворювача для виробництва пінобетону, або їх суміші.

До складу сухих інгредієнтів може додатково вводитися регулятор тужавіння в кількості 0,5-5 мас, 95.

Крім того, регулятором тужавіння є хлорид кальцію або хлорид натрію, або хлорид калію, або хлорид алюмінію, або нітрат натрію, або форміат натрію, або гідроксид натрію, або сульфат натрію, або сульфат алюмінію, або напівводний гіпс, або їх суміші.

До складу сухих інгредієнтів може додатково вводитися високоактивний метакаолін або мікрокремнезем, або їх суміш у кількості 1-10 мас. 95.

В деяких варіантах виконання, під час перемішування сухих інгредієнтів з водою додатково вводять пластифікатор або суперпластифікатор у кількості 1-10 мас. Об.

З метою оптимізації виробничого процесу сухі інгредієнти можуть бути підготовлені попередньо у вигляді багатокомпонентної сухої суміші та вводитись у технологічний цикл приготування розчину в турбулентний змішувач.

Додатково введений наповнювач - ценосфери (мікросфери) виконує функцію мікропоризації, що утворюється у міжпорових перегородках без зниження їх міцнісних характеристик.

Додаткова мікропоризація міжпорових перегородок підвищує основну відмінність твердого пористого ізоляційного матеріалу, а саме його пористість, яка і є основним параметром від якого залежить теплоізоляційні та конструкційні властивості матеріалу. Вказане завдання додаткової мікропоризації забезпечується властивостями ценосфери - пустотілих газонаповнених мікродисперсних сферичних частинок високої міцності на стискання виконуючи функцію заповнювача у розчині води та в'яжучого. Розмір сферичних частинок знаходиться у діапазоні 20-500 мкм, а міцність на стискання становить 20 МПа.

У той же час, зниження механічної стійкості затверділого розчину в'яжучого з водою, що відбувається у зв'язку із введенням в нього наповнювача - ценосфери із гладкою скловидною оболонкою пустотілих частинок, нівелюється застосуванням за вказаним способом інтенсивних

Зо гідродинамічних впливів (механосактивації) на суспензію в'яжучого у процесі його змішування з водою шляхом використання турбулентних бетонозмішувачів - активаторів із швидкістю обертання робочого органу від 200 до 1200 обертів на хвилину. Турбулентний змішувач, який використовується в заявленому способі, створює рух дисперсних частинок в'яжучого в одному напрямі, забезпечуючи при цьому їх зіткнення і зміну взаємного орієнтування. Це досягається у турбулентній течії, в якій вода замішування разом з дисперсними частинками в'яжучого здійснює несталий безладний рух за складними траєкторіями. В турбулентній течії частки періодично стикаються одна з одною в зонах перетину траєкторій, в зонах можливих завихрень, а також в зонах змінних швидкостей. Здійснення механоактивації часток в'яжучого в середовищі, з яким вони взаємодіють, дозволяє підвищити потенційні можливості в'яжучого і, як наслідок, дозволяє забезпечити механічні характеристики твердих пористих ізоляційних плит без необхідності збільшення розходу в'яжучого чи необхідності підвищення його марки.

Експериментально було встановлено, що зменшення дозування ценосфери (мікросфери) аніж зазначено у діапазоні не дає суттєвого ефекту мікропоризації стінок пор і таким чином додатковий ефект підвищення теплоізоляційних характеристик матеріалу не досягається.

Перевищення дозування ценосфери призводить до надмірної кількості ценосфери як наповнювача у композиті в'яжучелунаповнювач міжпорової перегородки, що призводить до зниження її міцності.

В заявленому способі в'яжучим може бути портландцемент, або глиноземистий цемент, або магнезитовий цемент, або вапно, або гіпс, або їхні суміші. В'яжуче вводиться для формування твердого каркасу міжпорових перегородок матеріалу, від міцності яких залежать експлуатаційні властивості матеріалу. Чим тонша міжпорова перегородка, тим нижча об'ємна вага і тим вищі показники теплоізоляції. Це вимагає надання тонкій міжпоровій перегородці параметрів високої міцності. В корисній моделі це досягається шляхом використання високоякісних в'яжучих матеріалів, зокрема цементів, гіпсів, або їх сумішей, в тому числі з вапном, їх механоактивації та мікроармування.

Важливим є діапазон дозування. При введенні в'яжучого в обсягах менших аніж вказано, критично потоншуються міжпорові перегородки і продукція стає непридатною для використання в зв'язку із суттєвим зниженням її міцності і як наслідок, надмірної крихкості матеріалу.

Збільшення в'яжучого за межі діапазону призводить до підвищення об'ємної ваги матеріалу і як наслідок, погіршення його теплоізоляційних властивостей.

В заявленому способі як регулятор тужавіння може бути використано хлорид кальцію або хлорид натрію, або хлорид калію, або хлорид алюмінію, або нітрат натрію, або гідроксид натрію, або форміат натрію, або сульфат натрію, або сульфат алюмінію, або напівводний гіпс, або їх суміші.

Регулятор тужавіння вводиться з метою узгодження протікання процесів пороутворення і пороутримання внаслідок зміни реологічних характеристик суміші в процесі поризації розчину під час виробництва. Введення регуляторів тужавіння у визначених межах забезпечує оптимальні умови для двох одночасно протікаючих процесів поризації суміші та газоутримання у суміші, яка в процесі виробництва повинна володіти відповідними реологічними параметрами.

Вихід за межі діапазону вмісту регуляторів тужавіння призводить до розбалансування швидкостей протікання вказаних процесів, і як наслідок, поризований розчин не набере достатньої міцності до моменту закінчення роботи пороутворювача у суміші і стінки пор будуть здеформовані, або стінки пор втратять достатню еластичність необхідну для формування масиву матеріалу, а процес пороутворення буде не закінчений, що також призведе до браку.

В заявленому способі фіброволокном є поліетиленові, або поліпропіленові, або вуглецеві, або базальтові волокна, або їх суміші. Фіброволокно вводиться для забезпечення підвищення міцності на стискання та згин міжпорових перегородок матеріалу за рахунок мікроармування волокнами цих стінок. Занижений вміст фібри не забезпечує достатньої кількості армувальних волокон у міжпорових перегородках, у зв'язку з чим не досягається нормованих стандартами параметрів матеріалу, який за класом міцності повинен бути на нижче як СО,25. Перевищення дозування фібри призводить до зростання витрат виробництва, одночасно не даючи при цьому пропорційного ефекту у параметрах матеріалу.

В заявленому способі пороутворювачем є водний розчин алюмінієвої пудри або алюмінієвої пасти для виробництва газобетону, або піноутворювача для виробництва пінобетону, або їх

Зо суміші. Пороутворювач вводиться у вигляді водного розчину пороутворювача для забезпечення необхідного рівня поризації суміші в'яжучого, наповнювача та води. Поризація суміші відбувається за рахунок хімічної реакції алюмінію у лужному середовищі з виділенням водню, якій і поризує суміш, або шляхом введення чи утворення піни у суміші під час виробництва.

Разом з тим, функцію поризації можливо здійснювати одночасно піною та воднем при газовиділенні у хімічній реакції. Кількість введення пороутворювача відповідає кратності спучування суміші, і як наслідок, пористості самого матеріалу. Тому занижений вміст пороутворювача у суміші не забезпечує досягнення матеріалом об'ємної ваги в діапазоні 50-250 кг/мз. Перевищення діапазону обсягів введення у суміш пороутворювача призводить до критичного потоншення стінок міжпорових перегородок та втрати твердим каркасом матеріалу самонесучої здатності.

З метою підвищення міцності виробів до складу сухих інгредієнтів, які використовуються в заявленому способі додатково може вводитись високоактивний метакаолін або мікрокремнезем, або їх суміш у кількості 1-10 мас.95. При застосуванні метакаоліну в запропонованому виробництві вдається отримувати підвищені фізико-механічні та експлуатаційні властивості матеріалу при знижених витратах в'яжучого та пластифікаторів. А мікрокремнезем має унікальну здатність позитивно впливати на властивості будівельних матеріалів, покращуючи їх якісні характеристики: міцність, морозостійкість, проникність, хімічну стійкість, сульфатостійкість, зносостійкість і інше, що дозволяє отримати матеріали з високими експлуатаційними характеристиками.

Додавання під час перемішування сухих інгредієнтів з водою пластифікатора або суперпластифікатора дозволяє додатково знизити кількість води затворення без зниження рухливості суміші, що забезпечує значний приріст міцності готових виробів та покращення всіх інших їх властивостей.

З метою оптимізації виробничого процесу сухі інгредієнти можуть бути підготовлені попередньо у вигляді багатокомпонентної сухої суміші та вводитись у технологічний цикл приготування розчину в турбулентний змішувач.

Використання в запропонованому способі змішувача турбулентного типу (примусової дії) забезпечує досконале перемішування окремих складових суміші протягом короткого часу (швидкість перемішування в 4-10 разів перевищує швидкість звичайної барабанної мішалки) та 60 активації в'яжучого, внаслідок чого досягається висока якість кінцевої суміші та відповідно готового виробу.

Реалізація запропонованого способу пояснюється наступними прикладами.

Приклад 1

До змішувача турбулентного типу подають воду при температурі від 35 до 45 "С. Далі у змішувач, що працює, завантажують портландцемент класу міцності 42,5, ценосфери, поліетиленове волокно, сульфат натрію та здійснюють перемішування сухих інгредієнтів з водою. Далі до суміші сухих інгредієнтів 3 водою завантажують попередньо підготовлений водний розчин алюмінієвої пасти та здійснюють другий етап перемішування протягом 1-2 хв.

Зливають готову суміш до форми при температурі від 38 до 42 "С, в якій відбувається спучування та формування структури масиву матеріалу. Форма заливається на рівень близько 1/4. У формі відбувається реакція алюмінію з лугом з виділенням водню. Водень виділяючись поризує і піднімає суміш, паралельно з цим схвачується в'яжуче. Таким чином матеріал заповнює весь об'єм форми. Після закінчення реакції газовиділення поризована газом цементна матриця вже достатньо міцна для того щоб не осісти. Цементна матриця набирає первинну міцність у формі (формоутворюючій ємності), далі матеріал виймаються з ємності і після технологічного відстою розрізається на готові вироби - теплоізоляційні плити.

В Таблиці 1 показаний склад використаних компонентів в Прикладі 1.

Таблиця 1

Компоненти, мас., о натрію волокно алюмінієвої пасти

Приклад 2

До змішувача турбулентного типу подають воду при температурі від 35 до 45 "С. Далі у змішувач, що працює, завантажують портландцемент з класом міцності 42.5, ценосфери, поліетиленове волокно та здійснюють перемішування сухих інгредієнтів з водою. Далі до суміші сухих інгредієнтів з водою завантажують попередньо підготовлений водний розчин піноутворювача та здійснюють другий етап перемішування протягом 2-5 хв., після чого завантажують попередньо підготовлений водний розчин алюмінієвої пасти та здійснюють третій етап перемішування протягом 1-2 хв. Зливають готову суміш до форми при температурі від 38 до 42 "С, в якій відбувається спучування та формування структури масиву матеріалу. Форма заливається на рівень близько 1/2. У ємності відбувається реакція алюмінію з лугом з виділенням водню. Водень виділяючись поризує і піднімає суміш, паралельно 3 цим схвачується в'яжуче. Таким чином матеріал заповнює весь об'єм форми. Після закінчення реакції газовиділення поризована піною та газом цементна матриця вже достатньо міцна для того щоб не осісти. Цементна матриця набирає первинну міцність у формі (формоутворюючій ємності), далі матеріал виймаються з ємності і після технологічного відстою розрізається на готові вироби - теплоізоляційні плити.

В Таблиці 2 показаний склад використаних компонентів в Прикладі 2.

Таблиця 2

Компоненти, мас., о піноутворювача волокно алюмінієвої пудри

Приклад З

До змішувача турбулентного типу подають воду при температурі від 35 до 45 "С. Далі у змішувач, що працює, завантажують гіпс будівельний, мікрокремнезем, ценосфери, поліпропіленове волокно та здійснюють перемішування інгредієнтів з водою. Після короткочасного перемішування до суміші додають пластифікатор та знову перемішують. Далі до суміші сухих інгредієнтів з водою завантажують попередньо підготовлений водний розчин піноутворювача та здійснюють наступний етап перемішування протягом 2-5 хв. Зливають готову суміш до форми при температурі від 38 до 42 "С, в якій відбувається формування структури масиву матеріалу. Форма заливається на рівень 1/1. Поризована піною цементна матриця набирає первинну міцність у формі (формоутворюючій ємності), далі матеріал виймаються з ємності і після технологічного відстою розрізається на готові вироби - теплоізоляційні плити.

В Таблиці З показаний склад використаних компонентів в Прикладі 3.

Таблиця З

Компоненти, мас., о

Ппс . Поліпропіленове | Водний розчин . . - | Мікрокремнезем | Ценосфери Р од р Пластифікатор |Вода будівельний волокно піноутворювача 745 | 2 юЮЖж МК 6 1 02 | 15 | 28 |25

Приклад 4

Попередньо готують суху багатокомпонентну суміш з сухих компонентів - ценосфер, метакаоліну та базальтових волокон.

До змішувача турбулентного типу подають воду при температурі від не вище 20 "С. Далі у змішувач, що працює, завантажують воду, глиноземистий цемент та суху багатокомпонентну суміш. Далі до суміші в'яжучого, сухих інгредієнтів та води завантажують попередньо підготовлений водний розчин піноутворювача та здійснюють другий етап перемішування протягом 2-5 хв. Зливають готову суміш до форми, в якій відбувається спучування формування структури масиву матеріалу. Форму заливається на рівень 1/1. Цементна матриця набирає первинну міцність у формі (формоутворюючій ємності), далі матеріал виймаються з ємності і після технологічного відстою розрізається на готові вироби - теплоізоляційні плити.

В Таблиці 4 показаний склад використаних компонентів в Прикладі 4.

Таблиця 4

Глиноземистий . Базальтове Водний розчин

Метакаолін Ценосфери : Вода цемент волокно піноутворювача 758 | 18 | щ.ь8 5 щ| 02 | й 1 22

Отримують твердий пористий ізоляційний матеріал густиною 50-250 кг/м3 із коефіцієнтом теплопровідності 0,03-0,06 Вт/м "С, та міцністю на стиск від 0,25 до 0,8 МПа (28 діб).

Готові плити можуть бути використані як елемент, призначений для термічної ізоляції огороджувальних конструкцій або фасадів будівель і споруд, ізоляції у високотемпературних технологічних процесах.

Запропонований спосіб реалізується на відомому обладнанні та з використанням відомих технологій.

Claims (8)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

1. Спосіб отримання твердих пористих ізоляційних плит з об'ємною масою в сухому стані від 50 до 250 кг/м3, що включає перемішування води, в'яжучого, сухих інгредієнтів та пороутворювача, розливання готової суміші до формоутворюючої ємності - форми, в якій відбувається формування структури масиву матеріалу, відстоювання у формі сформованого масиву матеріалу, звільнення готового масиву матеріалу опалубки з форми, розрізання масиву на вироби заданого розміру, який відрізняється тим, що перемішування здійснюють у змішувачі турбулентного типу із швидкістю обертання робочого органу перемішування не менше 200 та не більше 1200 обертів на хвилину, причому до складу сухих інгредієнтів додатково вводять наповнювач - ценосфери та фіброволокно, при наступному співвідношенні компонентів, мас. 9: в'яжуче 30-90 ценосфери 0,3-30 фіброволокно 0,05-2 пороутворювач 1-20 вода решта.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що фіброволокном є поліетиленові або поліпропіленові, або вуглецеві, або базальтові волокна, або їх суміші.

3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що пороутворювачем є водний розчин алюмінієвої пудри або алюмінієвої пасти для виробництва газобетону, або піноутворювача для виробництва пінобетону, або їх суміші.

4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що до складу сухих інгредієнтів додатково вводять регулятор тужавіння в кількості 0,5-5 мас. 95.

5. Спосіб за п. 4, який відрізняється тим, що регулятором тужавіння є хлорид кальцію або хлорид натрію, або хлорид калію, або хлорид алюмінію, або нітрат натрію, або форміат натрію, або гідроксид натрію, або сульфат натрію, або сульфат алюмінію, або напівводний гіпс, або їх суміші.

6. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що до складу сухих інгредієнтів додатково вводять високоактивний метакаолін або мікрокремнезем, або їх суміш у кількості 1-10 мас. 95.

7. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що під час перемішування сухих інгредієнтів з водою додатково вводять пластифікатор або суперпластифікатор у кількості 1-10 мас. 95.

8. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що сухі інгредієнти готують попередньо та вводять у змішувач турбулентного типу у вигляді сухої багатокомпонентної суміші. 0 КомпютернаверсткаА. Крулевськийд (00000000 ДО "Український національний офіс інтелектуальної власності та інновацій", вул. Дмитра Годзенка, 1, м. Київ - 42, 01601