Спосіб виготовлення легкого будівельного каменю

Винахід належить до промисловості будівельних матеріалів і може бути використаним на підприємствах з виготовлення силікатних стінових матеріалів. Аналогом технічного рішення є технологія виготовлення умовно ефективної цегли, яка містить деяку кількість відходів азбестоцементного виробництва [Інформаційний листок Волгоградського міжгалузевого територіального центру науково-технічної інформації і пропаганди, серія Р.67.09.91, №88-38]. Недоліки технічного рішення є неможливість виготовлення ефективної легкої цегли або легкого каменю середньою густиною до 1200кг/м 3, також необхідність використання в суміші вапна. Прототипом технічного рішення є "Спосіб виготовлення будівельних виробів із вологих азбестоцементних відходів" (Патент 120509, Польща, МКИ С04В15/6), згідно з яким азбестоцементні відходи змішують з піском у співвідношенні від 3:7 до 7:3 по сухій масі, формують із суміші будівельні елементи, які далі пропарюють в автоклаві під тиском протягом 9год. при температурі 1800С. Недоліком відомої технології є також висока середня густина виробів - до 1600кг/м 3 і пов'язана з цим висока теплопровідність матеріалу понад 0,8Вт/(м×К). Завданням винаходу є зниження середньої густини будівельного каменю із азбестоцементних відходів, що дає змогу одержати легкі теплоізоляційні вироби. Це завдання забезпечується тим, що азбестоцементні відходи повністю або частково висушуються, змішуються з кварцовим піском, суміш формується і вироби пропарюються в автоклаві, на відміну від відомих рішень, пісок попередньо промелюється до питомої поверхні 200...300м 2/кг і змішується з висушеними азбестоцементними відходами у наступному співвідношенні компонентів, мас. % на абсолютно суху речовину: азбестоцементні відходи 50...67 мелений пісок 33...50. Мокрі азбестоцементні відходи (АЦВ) являють собою продукт згущення пульпи, яка фільтрується крізь сукно листоформівних машин азбестоцементного виробництва. Після згущення вологість їх складає 70...85%. Сухі АЦВ складаються на 70...80% із гідратованих і карбонізованих зерен цементу і на 20...30% із дрібних волокон азбесту фракції 0,071...2,5мм. Сухі АЦВ мають насипну густину 280...400кг/м 3. За хімічним складом АЦВ містять (мас. %): СаО - 40...50, SiO2 - 17...30, Fе2O 3 - 3...8, Аl2 O3 - 4...8, МgО - 3...7, SO3 - 1,5...5, R 2 O - 0,2...1, в.п.н. 130...28. Теплопровідність АЦВ після повного висушення складає у пухкому стані 0,06...0,07Вт/(м .К). АЦВ поряд із гідратованими цементними частинами можуть містити також залишки нерозкладених зерен клінкеру. Доцільність застосування АЦВ для виготовлення ефективних будівельних матеріалів (легких конструкційних і теплоізоляційних) обумовлена їх фізичними властивостями: низьким значенням насипної густини, низькою теплопровідністю, високою температуростійкістю. Особливу увагу заслуговує те, що АЦВ мають потенційну здатність до проявлення в'яжучих властивостей і твердіння. Цей ефект проявляється, як підтверджується польським патентом, в умовах автоклавної обробки під високим тиском водяної пари і температурі 1800С. В таких умовах зразки матеріалу, пресованого із суміші АЦО і піску, набували помітну міцність - 6...8МПа при середній густині 1300...1600кг/м 3. В процесі твердіння в автоклаві відбувається реакція між гідроксидом кальцію і кремнеземом піску, також, на наш погляд гідросилікати кальцію гідратованих зерен цементу проходять перекристалізацію з утворенням тоберморитоподібної фази. Нами помічено, що при використанні тонкомеленого піску можливого виготовлення легких пресованих матеріалів середньою густиною до 1200кг/м 3 і значною міцністю до - 5...6Мпа. Такий матеріал є ефективним: теплопровідність його складає до 0,4Вт/(м×К), водостійкість за коефіцієнтом розм'якшення - 0,87, морозостійкість 25...35 циклів. Виготовлення зразків матеріалу здійснюється наступним чином. АЦВ висушуються від 45...80% до 0...20% вологості, наприклад у природних умовах або примусово у сушарці будь-якої конструкції (сушильні шафи, жаровні, барабанні сушарки та ін.). Кварцовий пісок (сухий або з природною вологістю до 6%) помелюється у кульовому млині до питомої поверхні 200...400м 2/кг. Мінімальна питома поверхня 200м 2/кг необхідна для того, щоб із помітно, інтенсивністю відбувалась хімічна взаємодія між піском і вапном, а питома поверхня піску 400м 2/кг обмежується технічними можливостями кульових млинів, техніко-економічні показники яких різко знижуються при виготовленні продукту з питомою поверхнею понад 400м 2/кг. Далі АЦВ та мелений пісок (МП) змішуються у співвідношенні (% сухи х матеріалів): АЦВ - 50...67, МП - 33...50. Змішування доцільно здійснювати у апаратах, в яких суміш також перетирається, наприклад, у бігункових або стержневих змішувача х, під час перемішування, якщо АЦВ абсолютно сухі, додається вода з доведенням вологості суміші до формовочної - 10...14%. Змішування ефективно проводити у дві стадії: 1- у лопатевому змішувачі, 2 - у бігунковому або стержневому. Перемішана суміш пресується під тиском 10...15МПа. Пресовані зразки запалюються в автоклаві під тиском 0,8...1,2МПа з температурою 160...1850С. Якщо вологість АЦВ складає 20...25% після сушіння, то до суміші з піском вода не додається. Приклад 1 Використовуємо АЦВ Здолбунівського ВАТ "Волинь шифер" та пісок Славутського родовища. Пісок, помелений до питомої поверхні 300м 2/кг та повністю висушені АЦВ перемішуються разом з водою до вологості суміші 12% у спеціальній чаші. Суміш пресується під тиском 15МПа на гідравлічному пресі і далі зразки - циліндри розміром 5х7,5см пропарюються у виробничому автоклаві на вагонетці разом із силікатною цеглою на Любомирському вапняно-силікатному комбінаті. Випробування зразків на міцність проводиться на гідравлічному пресі. Дослідження впливу складу суміші на властивості запарених зразків матеріалу проведено за спеціальною матрицею із застосуванням статистичних методів планування експерименту. Умови планування (відношення маси меленого піску до маси АЦВ -МП/АЦВ та відношення маси немеленого піску до маси АЦВ - П/АЦВ) мали вигляд: Відношення компонентів МП/АЦВ П/АЦВ Х1 Х2 -1 0,5 0 Варіювання 0 1,25 1,5 +1 2 3 DX i 0,75 1,5 Матриця планування у вигляді 3-х рівневого плану та результати досліджень наведені в таблиці. Таблиця Властивості матеріалу Міцність на Х1 Х2 Х1 X2 АЦВ МП П r 0 , см 3 стиск, МПа 1 + + 2 3 16,7 33,3 50 1,6 1,74 2 + 2 0 33,3 66,7 1,31 3,5 3 + 0,5 3 22,1 10,8 67,1 1,51 2,73 4 0,5 0 66,7 33,3 1,02 4,56 5 + 0 2 1,5 22,1 44,6 33,3 1,5 2,06 6 0 0,5 1,5 33,3 16,7 50 1,36 3,05 7 0 + 1,25 3 19,2 23,8 57 1,56 2,06 8 0 1,25 0 50,4 49,6 1,14 5,74 9 0 0 1,25 1,5 26,7 33,3 40 1,45 3,09 10 0 0 1,25 1,5 26,7 33,3 40 1,44 3,08 11 0 0 1,25 1,5 26,7 33,3 40 1,45 3,09 Після реалізації матриці та статистичного аналізу результатів отримані квадратичні рівняння регресії середньої густини і міцності пропареного силікатного матеріалу на стиск: № п/п Матриця Витрата матеріалів, % r 0 = 1443 - 0,087X 2 + 0,085X1 + 0,201X 2 - 0,049X1 × X 2 , 2 2 Rcm = 3,137 - 0,656X1 + 0,688X 2 - 0,507X1 - 1213X 2 , 2 Аналіз рівнянь регресії та параметрів таблиці свідчать, що оптимальним є склад суміші №4 і 8 на основі АЦВ і меленого піску в межах 50...67% для АЦО та 33...50% для меленого піску. Така суміш забезпечує мінімальне значення середньої густини 1,02...1,14г/см 3 і максимальну міцність пропарених виробів - 4,56...5,74МПа. Приклад 2 Необхідно визначити, до якої остаточної вологості слід висушити АЦВ, щоб формовочна вологість суміші складала 12%. За формулою відносної вологості W=m в/(m n+m АЦВ+m в), (тут W - відносна вологість, m n, m AЦВ, m в відповідно маси сухи х піску, АЦВ та води), знайдемо вміст матеріалів на 1т формовочної суміші: me 0,12 = mn + m АЦВ + m в mв = 0,136(mn + m АЦВ ) ; mn = 0,49m АЦВ m = 0,136 × m АЦВ = 0,272 × m АЦВ При маса води складає n 0,272m АЦВ W АЦВ = » 21% m АЦВ + 0,272m АЦВ Вологість відходів m = 0,49m АЦВ m = 0,136 × 1 49m АЦВ = 0,202 × m АЦВ , При n маса води складає в 0,202m АЦВ W АЦВ = » 17% m АЦВ + 0,202m АЦВ Вологість відходів Таким чином, щоб забезпечити формовочну вологість суміші на рівні 12% можна сухий мелений пісок змішати із АЦВ вологістю 21% при співвідношенні АЦВ: мелений пісок - 1:1 (в процентах 50:50), або вологість АЦІ може скласти 17% при співвідношенні АЦВ: мелений пісок - 2:1 (в процентах 67:33). Це дозволяє досягти економії тепла при неповному сушінні АЦВ в промислових сушарках або при застосуванні природно підсушеного матеріалу, який накопичено у відвалах.