сырьевая смесь для изготовления строительных конструкций и изделий

Формула изобретения

Сырьевая смесь для изготовления строительных конструкций и изделий, включающая серу, дициклопентадиен, кварцевый песок и наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя она содержит отвальные "хвосты" нейтрализации состава, мас.%: SiO₂ 38,56, Al₂ O₃ 2,3, Fe₂O₃ 37,0,CaO 10,0, MgO 2,0, S 10, Cu 0,12, Co 0,016 при следующем соотношении компонентов сырьевой смеси, мас.%:

Сера	38-42
Дициклопентадиен	2-4
Указанные отвальные "хвосты"	38-42
Кварцевый песок	Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сырьевым строительным смесям и может найти применение для производства строительных конструкций и в композициях, используемых при изготовлении серобетонных изделий, эксплуатируемых в условиях агрессивных сред, а также для заливки швов футеровки, при защите аппаратуры и строительных конструкций от коррозии, при изготовлении полов и футеровки емкостей для защиты от действия органических и неорганических кислот. Изобретение расширяет области использования техногенных отходов цветной металлургии и предусматривает утилизацию отходов, улучшая экологическую обстановку в регионе.

1. Известна бетонная смесь (авторское свидетельство №1650637, МПК⁷ С 04 В 28/36, опубл.16.05.1989 г.), включающая серу, кубовые остатки крекинга нефти, наполнитель - зола-унос; известняк, пески горно-мытый и нефтебитуминозный барханный.

Недостатком этой смеси является высокое водопоглощение, высокая стоимость за счет использования дорогостоящего сырья.

2. Известна сырьевая смесь (US №4348313, опубл.07.09.1982 г.), включающая серу, кварц, известняк, дициклопентадиен и олигомер циклопентадиена.

Недостатком данной смеси является то, что способ ее приготовления имеет тенденцию компонентов смеси к водопоглощению, что приводит к неоднородности составов.

Наиболее близкой к предлагаемой (US №5004799, опубл. 02. 04.1991 г.) является сырьевая смесь аналогичного состава, дополнительно подвергающаяся грануляции для достижения однородности.

Недостатком данной смеси (US №4348313, US №5004799) является то, что в качестве минеральной добавки, играющей роль наполнителя, используются известняк или кварц, а измельчение известняковой или кварцевой муки невозможно довести до дисперсности, приводящей к максимальной плотности материала, что влечет за собой избыточную пористость.

Технический эффект, достигаемый при использовании заявляемой смеси, заключается в:

а) повышении плотности серных композиций за счет высокой дисперсности наполнителя - отвальных "хвостов" нейтрализации с удельной поверхностью 6400 см²/т и размерами зерен менее 64 микрон;

б) уменьшении пористости и водопоглощения за счет образования более однородной и мелкокристаллической структуры;

в) снижении себестоимости смеси за счет замены природных наполнителей кислотостойкими тонкодисперсными отходами металлургической промышленности без существенной потери прочности и химической стойкости.

Заявляемая сырьевая смесь для изготовления строительных конструкций и изделий, содержащая серу, неорганический тонкодисперсный наполнитель, кварцевый песок и модифицирующую добавку, согласно изобретению содержит в качестве наполнителя отвальные "хвосты" нейтрализации состава, мас.%: SO₂-38,56; Al₂ О₃-2,3; Fe₂O₃-37,0; CaO-10,0; MgO-2,0; S-10; Cu-0,12; Со-0,016, а в качестве модифицирующей добавки дициклопентадиен при следующем содержании компонентов, мас.%:

сера	38÷42
дициклопентадиен	2÷4
указанные отвальные "хвосты"	38÷42
кварцевый песок	остальное

Технический эффект достигается тем, что кристаллические модификации серы удачно сочетаются с важнейшими свойствами отвальных "хвостов" - высокой удельной поверхностью и геометрией пор, в результате чего на границе фаз сера-наполнитель происходят адсорбционные процессы и избирательная фильтрация серы вглубь минерального зерна, увеличивающая вандерваальсову адсорбцию, приводящую к образованию определенных структурно-механических связей, что подтверждается электронно-микроскопическими исследованиями. При этом предельно уплотняется структура, что приводит к минимальной пористости, минимальному водопоглощению и максимальной прочности.

Для приготовления заявляемого состава применяются:

- в качестве связующего сера техническая комовая или газовая, отвечающая требованиям ГОСТ 127-93 с температурой плавления 119°С; вязкость при температуре 149°С - 6,6×10 Па/с;

- в качестве модифицирующей добавки используется дициклопентадиен (ТУ 2416-024-05766801-94), представляющий собой жидкость, являющуюся побочным продуктом при изготовлении искусственного каучука на заводах резино-шинной промышленности. Эмпирическая формула C ₁₀H₁₂;

- в качестве наполнителя отвальные "хвосты" нейтрализации, полученные при очистке жидкой фазы пульпы отходов серосульфидной флотации медно-никелевого сульфидного концентрата от железа и цветных металлов, представляющие собой тонкодисперсный материал с удельной поверхностью 6400 см ²/г и размерами зерен менее 64 микрон. Отвальные "хвосты" являются инертным продуктом, вступающим в реакцию при температуре выше 300°С только с концентрированной соляной кислотой. Инфракрасная спектроскопия показала, что химическая стойкость отвальных "хвостов" составляет 0,98-0,99. Химическии состав,%: SiO₂-38,56; Al₂O₃-2,3; Fe₂O₃-37,0; CaO-10,0; MgO-2,0; S-10; Cu-0,12; Со-0,016;

- в качестве мелкого заполнителя используется кварцевый песок. Все компоненты являются кислото- и солестойкими материалами.

Способ изготовления сырьевой смеси заключается в следующем. Расплав серы доводят до температуры 140°С и при перемешивании в него вводят небольшими порциями дициклопентадиен (5% от массы серы). После получения однородного расплава к нему добавляют нагретые до такой же температуры отвальные "хвосты". Затем после тщательного перемешивания добавляют нагретый до 140°С кварцевый песок и снова перемешивают. Полученную композицию укладывают в нагретые формы, вибрируют и охлаждают до комнатной температуры. Образцы для испытаний готовят в виде кубиков с размером ребра 7,07 см.

Методика испытания кислотоупорных бетонов на химическую стойкость следующая. После 15-суточной выдержки в воздушно-сухих условиях образцы погружают в агрессивные среды при комнатной температуре сроком на 10 сут. При этом соблюдается 10-кратное отношение между объемом агрессивной среды и испытуемом материалом. Сравнивая предел прочности при сжатии образцов после пребывания в той или иной среде с результатами испытания эталонных образцов того же возраста, оценивают химическую стойкость. За эталонные образцы при определении водостойкости принимают образцы воздушного хранения, а при определении химической стойкости - образцы водного хранения.

Для оценки длительной химической стойкости в течение одного года образцы выдерживались в солевых и кислотных растворах, а также в среде электролизной ванны медного завода. Признаков разрушения и потери прочности не наблюдалось.

Составы предлагаемой и известных бетонных смесей и свойства получаемого бетона приведены в табл.1.

Из табл.1 следует, что бетон по изобретению имеет меньшее водопоглощение, большую прочность и большую химическую стойкость по сравнению с известными.

Таблица 1
№составов	Содержание компонентов, мас.%										Показатели качества бетона
	Сера	Дициклопентадиен	Олигомер	Кубовые остатки крекинга нефти	Отвальные "хвосты"	Зола-унос	Кварцевый песок	Горно-мытый песок	Нефтебитуминозный песок	Известняк	Начальная прочность, МПа	Водопоглощение,%	Коэффициент химической стойкости в 94%-ной Н2 SO4
Известный состав (а.с. 1650637)
	10,8	-	-	0,2	-	9	-	28	4	48	36,1	0,52	-
Известные составы (US №4348313)
2	21	3,75	1.25	-	-	-	-	-	-	21	56,3	-	1
3	23	3,75	1,25	-	-	-	77	-	-	-	42,6	-	1
Предлагаемые составы
4	44	1	-	-	44	-	11	-	-	-	48,6	0,06	0,97
5	44	2	-	-	44	-	10	-	-	-	52,2	0,05	0,98
6	42	2	-	-	42	-	14	-	-	-	53,6	0,05	0,99
7	42	4	-	-	42	-	12	-	-	-	53,8	0,05	0,99
8	40	2	-	-	40	-	18	-	-	-	54,2	0,04	0,99
9	40	4	-	-	40	-	16	-	-	-	54,5	0,04	0,99
10	38	2	-	-	38	-	22	-	-	-	51,7	0,05	0,98
11	38	1	-	-	38	-	23	-	-	-	46,3	0,08	0,90
12	36	2	-	-	36	-	26	-	-	-	45,9	0,12	0,85