способ активации молотого кварцевого песка для производства ячеистых бетонов

Формула изобретения

Способ активации молотого кварцевого песка для производства ячеистых бетонов, отличающийся тем, что активацию осуществляют карбонатным шламом, влажностью 75 - 85%, в количестве 3 - 6% от массы сухих компонентов (в пересчете на сухое вещество).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к изготовлению ячеистых бетонов.

Известны и получили широкое распространение ячеистые бетоны, где в качестве вяжущего используется портландцемент, молотая известь или смешанное вяжущее, а в качестве кремнеземистого компонента - молотый кварцевый песок /Чехов А.П. и др. Справочник по бетонам и растворам /Чехов А.П., Сергеев А. М. , Дибров Г.Д. 2-е изд., перераб. и доп. Киев: Будiвельник, 1979. С. 189/ [1].

Для производства данных ячеистых бетонов применяют два способа подготовки сырьевых материалов:

1. Мокрый помол основной массы кремнеземистого компонента (песка) и сухой помол известково-песчаного вяжущего (при соотношении песок : известь = 1 : 0,2). Содержание воды в песчаном шламе поддерживается на уровне, обеспечивающем хорошую текучесть суспензии (плотность шлама 1,6 г/см³).

2. Совместный сухой помол компонентов сырьевой шихты извести, цемента и песка при влажности последнего не выше 2% по массе /Горлов Ю.П. и др. Технология теплоизоляционных материалов: Учебник для вузов / Ю.П. Горлов, А.П. Меркин, А.А. Устенко. - М.: Стройиздат, 1980. С. 260-261/ [2].

В обоих случаях помол должен производиться в присутствии поверхностно-активных веществ (далее ПАВ), что интенсифицирует измельчение и предотвращает слипание частиц. Дозировка ПАВ 0,1 - 0,25% от массы сухих компонентов.

В первом случае получается известково-песчаное вяжущее, в котором частицы извести, заряженные положительно (электрический заряд до +12 мВ), адсорбируясь на поверхности зерен кварца, заряженных отрицательно, образуют прочные хемосорбционные связи. Во втором случае совместный помол активизирует цемент и обеспечивает повышенную однородность смеси.

Однако данные способы активации имеют существенные недостатки. Во-первых, производится сухая активация, хотя присутствие жидкости создает условия подвижности частиц, что способствует образованию контактов и дает возможность осуществить их на большей площади, следовательно, мокрая активация более предпочтительна. Во-вторых, в случае, когда в качестве вяжущего используется цемент, происходит только его активация, а песок остается инертным компонентом. Надо отметить, что адгезия цемента к кварцу довольно слабая, так как их частицы имеют одноименные заряды ("-"). В-третьих, полученную смесь нельзя долго хранить, так как цемент теряет активность, а известь карбонизируется.

Технологическим результатом изобретения является разработка мокрого способа активации кварцевого песка, повышающая прочность готового ячеистого бетона при одновременном улучшении других характеристик.

Технологический результат достигается тем, что в способе активации молотого кварцевого песка для производства ячеистых бетонов активацию осуществляют карбонатным шламом, влажностью 75-85%, в количестве 3-6% от массы сухих компонентов (в пересчете на сухое вещество).

Отход имеет влажность 75-85% и состоит из 40-52% СаСО₃ + MgCO₃, 4-8% составляют оксиды алюминия, железа и кварцевый песок, остальные 30-35% органические вещества, включая ПАВ. Удельная поверхность карбонатного шлама составляет 8000 - 10000 см²/г /Стройматериалы из промышленных отходов /Арбузова Т.Е., Шабанов В.А., Коренькова С.Ф., Чумаченко Н.Г. - Самара: Кн. изд-во, 1993. С. 23, 32/[3].

Активация кварцевого песка производится в процессе его помола. Карбонатный шлам, влажностью 75-85%, подается вместе с кварцевым песком в шаровую мельницу, где песок размалывается до необходимой удельной поверхности в присутствии 0,05-0,15% ПАВ. Полученную смесь влажностью 3-4% можно хранить продолжительное время без потери активности. В случае мокрой подготовки сырьевых компонентов, кроме карбонатного шлама и ПАВ, в смесь добавляется вода в количестве, обеспечивающем хорошую текучесть суспензии. Цемент помолу не подвергается. Известь размалывается отдельно от песка.

Далее приготовляют ячеистобетонную смесь по обычной технологии. При этом надо отметить, что способ поризации и способ твердения роли не играет, активированный кварцевый песок одинаково пригоден для производства как пено-, так и газобетонов, как автоклавных, так и безавтоклавных.

Карбонатный шлам содержит поверхностно-активные вещества, поэтому расход ПАВ при помоле песка можно сократить в 2-2,5 раза.

Шлам можно рассматривать как наполнитель, заполняющий поры и снижающий пористость ячеистого бетона, что приводит к понижению водопоглощения и водонасыщения. Кроме того, тонкодисперсный карбонат кальция из которого преимущественно состоит шлам, является зародышем кристаллизации новообразований /Теоретические предпосылки высокой поверхностной реакционной активности карбонатов в формировании прочности карбонатно-цементных и карбонатно-шлаковых вяжущих /Калашников В. И. , Хвастунов В.Л., Викторова О.Л. и др. // Современные проблемы строительного материаловедения: Материалы пятых академических чтений РААСН. Воронеж, 1999. С. 184/ [4], что повышает прочность затвердевшего ячеистого бетона.

Высокодисперсный, заряженный положительно (до +4 мВ) карбонатный шлам, адсорбируясь на поверхности зерен кварца, заряженных отрицательно (до -4,4 мВ), повышает адгезию между ним и частицами цемента за счет образования прочных хемосорбционных связей. Это придает седиментационную устойчивость и снижает расслаиваемость ячеистобетонной смеси.

Для сравнительного эксперимента были приготовлены восемь составов ячеистых бетонов плотностью 600 кг/см³:

1. Неавтоклавный пенобетон на портландцементе с сухим совместным помолом компонентов (аналог).

2. Автоклавный газосиликат с мокрым помолом кремнеземистого компонента и сухим помолом известково-песчанистого вяжущего (прототип).

3-5. Экспериментальные составы безавтоклавных пенобетонов. 6-8. Экспериментальные составы автоклавных газосиликатов. Во всех составах кварцевый песок размалывался до удельной поверхности 2500 см²/г.

В экспериментальных составах молотый кварцевый песок был активирован 3,6 и 9% шлама от массы сухих компонентов в пересчете на сухое вещество. В работе были использованы следующие материалы. Портландцемент Жигулевского завода:

1. Предел прочности при сжатии 400 кг/см².

2. Предел прочности при изгибе 60 кг/см².

3. Нормальная густота 29%.

4. Удельная поверхность 2500 см²/г.

Молотая негашеная известь:

1. Активность 90%.

2. Время гашения 19 мин.

3. Температура гашения 88^oС.

4. Удельная поверхность 3000 см²/г.

В качестве заполнителя использовался волжский речной кварцевый песок с содержанием кремнезема 95%.

Для приготовления пенобетонов в качестве пенообразователя использовался ПО-6, в количестве 4,5 л концентрата плотностью 1,1 г/см³, на 1 м³ бетонной смеси. Для приготовления газобетонов в качестве газообразователя алюминиевая пудра ПАК-3 в количестве 550 г на 1 м³ бетонной смеси.

Методы испытания извести, использованные для приготовления газосиликатных смесей, соответствовали ГОСТ 22688-87.

Методы испытания цемента, использованные для приготовления ячеистых бетонов, соответствовали ГОСТ 310.1-76 ГОСТ 310.4-81.

Составы ячеистых бетонов, приведенные в таблице 1, испытывались по стандартным методикам ГОСТ 10180-90, ГОСТ 12851-94 12853-94 и ГОСТ 7076-87.

Свойства ячеистых бетонов оценивали по следующим показателям:

- предел прочности при сжатии;

- предел прочности при сжатии водонасыщенного образца;

- водопоглощение;

- водонасыщение;

- коэффициент водостойкости.

Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Для наглядности результаты испытаний ячеистых бетонов приведены в виде графиков (см. чертеж).

Результаты, отвечающие поставленной цели, были достигнуты на составах 3-4 и 6-7.

Из анализа результатов эксперимента следует:

- водопоглощение пенобетона снизилось на 15-21%;

- водонасыщение пенобетона снизилось на 15-22%;

- водостойкость пенобетона повысилась на 1-8%;

- предел прочности пенобетона в сухом и водонасы [ценном состоянии повысился на 19-30% и 12-14% соответственно;

- водопоглощение газосиликата снизилось на 16-27%;

- водонасыщение газосиликата снизилось на 11-13%;

- водостойкость газосиликата повысилась на 3-7%;

- предел прочности пенобетона в сухом и водонасыщенном состоянии повысился на 12-20% и 13-27% соответственно.

Составы 5 и 8 не отвечают поставленной цели, т.к. происходит снижение прочности и водостойкости.

Таким образом, проведенный поиск по научно-техническим и патентным источникам информации и выбранный из перечня аналогов прототип позволили выявить отличительные признаки в заявляемом техническом решении, следовательно, заявляемый способ активации молотого кварцевого песка для производства ячеистых бетонов удовлетворяет критерию изобретения "новизна".

В обнаруженной информации отсутствуют сведения об указанном техническом результате и из нее не выявляется влияние отличительных признаков на достижение технического результата, следовательно, данное техническое решение удовлетворяет критерию "изобретательский уровень".

Критерий изобретения "промышленная применимость" подтверждается тем, что внедрение предлагаемого технического решения не потребует капитальных затрат.

Источники информации

1. Чехов А.П. и др. Справочник по бетонам и растворам / Чехов А.П., Сергеев А. М., Дибров Г.Д. 2-е изд. перераб. и доп. - Киев: Будiвельник, 1979. -С. 187-190.

2. Горлов Ю. П. и др. Технология теплоизоляционных материалов: Учебник для вузов / Горлов Ю. П., Меркин А.П., Устенко А.А. - М.: Стройиздат, 1980. С. 260-261.

3. Стройматериалы из промышленных отходов / Арбузова Т.Б., Шабанов В.А., Коренькова С.Ф., Чумаченко Н.Г. - Самара: Кн. изд-во, 1993. С. 23,32.

4. Теоретические предпосылки высокой поверхностной реакционной активности карбонатов в формировании прочности карбонатно-цементных и карбонатно-шлаковых вяжущих / Калашников В.И., Хвастунов В.Л., Викторова О.Л. и др. // Современные проблемы строительного материаловедения: Материалы пятых академических чтений РААСН. - Воронеж, 1999. С. 181-187.