Способ изготовления смесей для теплоизоляции

(51) 04 28/18 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ металлургической,металлообрабатывающей,машиностроительной и химической промышленности. Способ изготовления смеси для теплоизоляции,включает смешивание в центробежно-планетарной мельнице (10,0-20,0) масс.кремнеземистого компонента, (10,0-15,0) масс.волластонита, (25,030,0) масс.цемента, затворение водой,добавление в смесь (40,0 - 50,0) масс.отходов газобетона, формование полученной массы, сушку. Полученная смесь для теплоизоляции имеет следующие характеристики усадка при сушке и твердении (0,1), время твердения 3 часа,пористость 63,5 , теплопроводность 0,09 Вт/мК,усадка при температурах 650-900 С (0,29-1,28).(72) Мофа Нина НиколаевнаЧерноглазова Татьяна ВикторовнаМансуров Зулхаир АймухаметовичСадыков Бахтияр Сейсембекович(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Институт проблем горения Комитета науки Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СМЕСЕЙ ДЛЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ(57) Способ изготовления смесей для теплоизоляции. Изобретение относится к изготовлению теплоизоляционных материалов, используемых в Способ изготовления смесей для теплоизоляции Изобретение относится к изготовлению теплоизоляционных материалов, используемых в металлургической,металлообрабатывающей,машиностроительной и химической промышленности. Известен способ изготовления смеси для теплоизоляции, включающий подачу в мешалку воды и извести в виде известкового молока,кремнеземистого компонента и смеси волластонита кристаллической структуры и синтетического волластонита аморфной структуры 5050,формование полученной массы, сушку, автоклавное твердение в течение 24 часов при давлении 0,8 МПа и температуре 165 С и последующую термообработку при температурах 560-800 С при этом количество извести, рассчитанное на СаО,составляет (4-10) мас. , кремнеземистый компонент, рассчитанный на 2- (6-12) мас. ,волластонит - остальное. Усадка полученной смеси составляет 0,50-3,00 в интервале температур 650800 С. (РФ Патент 2057738, кл. С 04 В 28/18,опубл. 10.04.1996). Наиболее близким техническим решением к заявляемому, является способ изготовления смеси для теплоизоляции, включающий подачу в пропеллерную мешалку воды, (40-50) ма. ,извести в виде известкового молока и кремнеземистого компонента в пересчете соответственно на СаО и 2 в соотношении 0,2-2 и(50-60) ма , наполнителя в виде смеси синтетического волластонита аморфной структуры с базальтовым волокном, формование полученной массы, сушку, автоклавное твердение в течение 24 часов при давлении 1-2 МПа и температуре 180 С с последующей термообработкой при температуре 600-900 С. Усадка полученной смеси составляет 0,88-1,32 в интервале температур 650-900 С. (РФ Патент 2426706, кл. С 04 В 28/18, опубл. 20.08.2011). Недостатком известных способов является их сложность, повышенная энергоемкость за счет использования в качестве вяжущего извести,требующей автоклавной обработки, и пониженные технологические характеристики получаемой смеси. Задачей заявляемого технического решения является разработка энергосберегающего способа изготовления смесей для теплоизоляции с использованием техногенного и природного сырья Казахстана. Техническим эффектом заявляемого способа является его упрощение, ускорение процесса твердения и набора технологической прочности,повышение теплоизоляционных свойств и снижение усадки в интервале температур 650-900 С получаемой смеси. Задача решается тем, что способ изготовления смеси для теплоизоляции, включает смешивание в центробежно-планетарной мельнице (10,0-20,0) масс.кремнеземистого компонента, (10,0-15,0) масс.волластонита, (25,0-30,0) масс.цемента,затворение водой, добавление в смесь (40,0-50,0) 2 отходов газобетона,формование полученной массы, сушку. Отличительным признаком заявляемого технического решения является то,что перемешивание кремнеземистого компонента,волластонита с добавлением цемента осуществляют в планетарно-центробежной мельнице, а перед затворением водой и формованием в смесь вводят отходы газобетона, при этом количественное соотношение используемых компонентов следующее (10,0-20,0) масс.кремнеземистого компонента, (10,0-15,0) масс.волластонита, (25,0- 30,0) масс.цемента, (40,0-50,0) масс.отходов газобетона. В заявляемом техническом решении используют природное и техногенное сырье Республики Казахстан. В качестве кремнеземистого компонента либо кварцевый песок Кускудукского месторождения, Алматинской области, либо кварциты Тектурмасского месторождения Карагандинской области волластонит Аксаранского месторождения Карагандинской области и промышленные отходы газобетона, составляющие до 15-20 от его основного производства, таким образом, решая поставленную задачу. Смешивание кремнеземистого компонента,волластонита и цемента,в планетарноцентробежной мельнице (ПЦМ), относящейся к классу мельниц - активаторов динамического действия, обеспечивает тщательное перемешивание компонентов и их активацию. Активация кремнеземистого компонента и волластонита способствует механическому и химическому микроармированию цементной матрицы. Часть энергии при механической обработке этих компонентов в мельнице аккумулируется на вновь образованных поверхностях измельчаемых частиц, способствуя ускорению процессов их твердофазного взаимодействия с цементом, ускоряя процесс твердения и набора технологической прочности./Активизация минералов при измельчении // Недра, 1988, с.179-186 Аввакумов Е.Г. / Механические методы активизации химических процессов // Новосибирск, Наука, 1986, с. 10-14). В заявляемом способе в качестве вяжущего используют цемент, в отличие от известного использование извести. При взаимодействии цемента с водой происходит его гидратация и образование субмикроскопических частичек гидросиликатов кальция. Одновременно происходит формирование микропор размером 0,1 до 20 мкм. В результате получают прочный цементный камень сложной тонкопористой структуры. Процесс твердения и набор технологической прочности протекает в естественных условиях без использования автоклавной обработки. Таким образом, использование цемента и его активация совместно с кремнеземистым компонентом и волластонитом в заявляемом способе изготовления смеси для теплоизоляции позволяет исключить автоклавное твердение, в отличие от известного способа. Введение в смесь цемента и формирование на его основе гидросиликатной матрицы с мелкопористой структурой,армированной волластонитом,исключает образование тоберморита в смеси, в отличие от известного способа с использованием извести и автоклавной обработки. В условиях высокотемпературной эксплуатации смеси для теплоизоляции переход тоберморита в волластонит сопровождается возникновением напряжений в смеси. Возникающие напряжения в смеси приводят к повышению ее усадки. Таким образом, в заявляемом способе напряжения в смеси и снижение ее усадки снимаются ее мелкопористой структурой матричной основы, т. к. поверхность мелких пор является естественным стоком дефектов и напряжений, что снижает усадку и исключает развитие трещин и разрушение теплоизоляционного материала.(Силенков Е.С., Основский Э.В. Об учете фактора трещиностойкости при подборе состава ячеистого бетона. //Строительные материалы. 1978. -5. .15-17.). Таким образом, введение в смесь для теплоизоляции цемента и его смешивание совместно с кремнеземистым компонентом и волластонитом в ЦПМ снижает усадку материала,полученного из смеси для теплоизоляции, в отличие от известного способа, включающего армирование структуры смеси волокнистым материалом введением в нее синтетического волластонита аморфной структуры с базальтовым волокном. Отходы газобетона в заявляемом способе изготовления смеси для теплоизоляции вводят в смесь в качестве эффективного теплоизоляционного наполнителя, при этом осуществляют утилизацию отходов производства газобетона. Одним из основополагающих свойств теплоизоляционных материалов является пористость, которая и определяет величину коэффициента теплопроводности. Газобетон и,соответственно,его отходы относится к высокопористым материалам и является хорошим теплоизолятором, благодаря наличию в его структуре большого обьема микропор размером от 0,3-3 мкм, его теплопроводность составляет 0,20,3 Вт/мк. Основу фазового состава газобетона составляет тоберморит. Развитая пористость и армирующая структура тоберморита обеспечивают низкую теплопроводность и высокую термостойкость.(Ружинский С., Портик А. Все о газобетоне, ООО СТРОЙ-БЕТОН Санкт Петербург, 2006, -с.632). Отходы газобетона формируют основу смеси,частицы которой связываются цементом в процессе гидратации при затворении водой. На исходную пористость частиц газобетона не влияют химические и физические процессы, протекающие при гидратации и твердении цементной части материала. Высокое содержание теплоизоляционного наполнителя 40-50 позволяет обеспечить высокие теплоизоляционные свойства получаемой смеси. Мелкопористая структура газобетона способствует снятию напряжений и,соответственно, снижению усадки смеси при фазовом переходе тоберморит - волластонит в процессе последующего высокотемпературного воздействия на смесь. Фазовый состав отходов газобетона -тоберморит имеет высокое химическое сродство ко всем остальным компонентам шихты,что способствует снижению усадки. Кроме того,характерная морфологии кристаллов тоберморитаот иголок до пластин, обеспечивает дополнительное армирование матрицы смеси, что повышает ее термостойкость, т.е. снижает усадку в интервале температур 650-900 С получаемой смеси.(ЛотовВ.А.,Митина Н.А. Формирование оптимальной пористой структуры газобетона неавтоклавного твердения. // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. 2000. - Т.43. Вып.3. - . 118-119.) Количественный состав компонентов смеси в заявляемом способе подобран экспериментально для достижения технического эффекта поставленной задачи. При содержании цемента ниже 25 и выше 30 снижается пористость материала. Снижение содержания волластонита приводит к увеличению усадки смеси. При уменьшении содержания газобетона ниже 40 падает теплопроводность смеси, а при увеличении его количества выше 50 повышается время твердения. Уменьшение содержания кремнеземистого компонента удлиняет время твердения состава, а его увеличение - снижает пористость. Заявляемый способ изготовления смеси для теплоизоляции выполняют следующим образом. В планетарно-центробежную мельницу загружают 10-20 кг кремнеземистого компонента в виде кварцевого песка или кварцита, 10-15 кг природного волластонита и 25-30 кг цемента. Компоненты смешивают в течение 10-20 минут,одновременно их активируя. Активированные компоненты смешивают с отходами газобетона,предварительно молотыми на ударных мельницах до фракции - 300 мкм. Затем смесь затворяют водой в объеме,обеспечивающем ее удобоукладываемость, тщательно перемешивают,заливают в разъемные формы и сушат на воздухе в течение 2-3-х часов. Для определения технологических характеристик полученной смеси для теплоизоляции распалубные образцы загружают в муфельную печь и нагревают до 650-900 С. Полученная смесь для теплоизоляции имеет следующие характеристики усадка при сушке и твердении (0,1), время твердения (2-3) часа,пористость (49,4-63,5) , теплопроводность (0,09 0,14) Вт/мК, усадка при температурах 650 - 900 С(0,20- 1,28). Пример 1. В планетарно-центробежную мельницу загружают 10 кг кварцевого песка, Кускудукского месторождения с содержанием 81,3 кварца и 18,7 микроклина, 15 кг волластонита, полученного при обогащении Аксоранского месторождения 3 Карагандинской обл.,содержащего 90 волластонита, 3 кварца и 7 кальцитов, с дисперсностью не более 100 мкм и 25 кг портландцемента ПЦ 400-Д 0 торговой марки Восток-Цемент цемента. Компоненты смешивают в течение 15 минут, одновременно их активируя. Активированные компоненты смешивают с 50 кг отходами газобетона, предварительно молотыми на ударных мельницах до фракции - 300 мкм,компании ТОО Конкрит-Продактс г.Алматы,являющейся одним из основным производителем газобетона в Казахстане. Затем полученную смесь затворяют водой в количестве 70 л, тщательно перемешивают и заливают в разъемные формы. После естественной сушки на воздухе в течение 3 х часов, смесь для теплоизоляции готова к использованию. Полученная смесь для теплоизоляции имеет следующие характеристики усадка при сушке и твердении (0,1), время твердения 3 часа,пористость 63,5 , теплопроводность 0,09 Вт/мК,усадка при температурах 650-900 С (0,29-1,28). Пример 2 В планетарно-центробежную мельницу загружают 15 кг кварцита Тектурмасского месторождения Карагандинской области,содержащего 95 кварца, с вкраплениями алюмосиликатов, 13 кг волластонита, полученного при обогащении Аксоранского месторождения Карагандинской обл.,содержащего 90 волластонита, 3 кварца и 7 кальцитов, с дисперсностью не более 100 мкм и 27 кг портландцемента ПЦ 400-Д 0 торговой марки Восток-Цемент цемента. Компоненты смешивают в течение 20 минут, одновременно их активируя. Активированные компоненты смешивают с 45 кг отходами газобетона, предварительно молотыми на ударных мельницах до фракции - 300 мкм,компании ТОО Конкрит-Продактс г.Алматы. Затем полученную смесь затворяют водой в количестве 70 л и тщательно перемешивают и заливают в разъемные формы. После естественной сушки на воздухе в течение 2,5 часов, смесь для теплоизоляции готова к использованию. Полученная смесь для теплоизоляции имеет следующие характеристики усадка при сушке и твердении (0,1), время твердения 2,5 часа,пористость 52,7 , теплопроводность 0,11 Вт/мК,усадка при температурах 650 - 900 С (0,23 - 1,15). Пример 3 таблицы 1 выполняют аналогично примеру 1. В таблице 1 приведены технические характеристики получаемой смеси для теплоизоляции заявляемым способом. Таблица 1 Компоненты шихты,Время Порис Теплопров Усадка Усадка при температурах,при Кремнезе Воллас цемент Отходы тверден тость, одность 650 700 800 900 Способ изготовления смеси для теплоизоляции,включающий смешивание кремнеземистого компонента и волластонита, затворение водой,формование полученной массы и сушку,отличающийся тем, что смешивание компонентов осуществляют в центробежно-планетарной мельнице совместно с цементом, а перед затворением водой в смесь вводят отходы газобетона,при следующем соотношении компонентов, масскремнеземистый компонент 10,0-20,0 волластонит 10,0-15,0 цемент 25,0-30,0 отходы газобетона 40,0-50,0.