СТРОИТЕЛЬНАЯ СМЕСЬ Российский патент 1995 года по МПК C04B28/02 C04B28/02 C04B22/14 

Изобретение относится к составам строительных смесей и может быть использовано при производстве кирпичной и каменной кладки, штукатурных и других работ.

Известна строительная смесь, включающая цемент, песок, добавку - хлорное железо и воду.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемой является строительная смесь, включающая цемент, песок, шлам - продукт нейтрализации отработанного раствора сернокислого травления стали и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цемент 6,13-17,0
Песок 66,41-77,09
Шлам - продукт нейтра-
лизации отработанного
раствора сернокислого
травления стали (в рас-
чете на сухое вещество) 2,43-4,99
Вода Остальное
Недостатками строительной смеси по прототипу являются низкая прочность, наличие у растворной смеси цвета ржавчины и неоднородность.

Цель изобретения - повышение прочности и белизны при одновременном улучшении однородности.

Поставленная цель достигается тем, что строительная смесь, включающая цемент, песок, железосодержащую добавку и воду, содержит в качестве железосодержащей добавки трисульфогидроферрит кальция при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цемент 6-12
Песок 60-70
Трисульфогидроферрит
кальция (на сухое вещество) 5-20
Вода Остальное
Шлам, входящий в состав строительной смеси по прототипу, образуется на сталепрокатных, метизных и других заводах при нейтрализации известковым молоком отработанных растворов и промывных вод сернокислотного травления стали. Реакцию нейтрализации описывает уравнение:
FeSO₄+Ca(OH)₂+2H₂O = =CaSO₄ ˙2H₂O+Fe(OH)₂ (1) Шлам является техническим продуктом и соответствует требованиям ТУ 14-УССР-284-6-86 "Шлам нейтрализованный очистных сооружений". Его средний химический состав, мас.%: СаО 40; SiO₂ 2; MgO до 5; Fe₂O₃ 18; SO₃ 14; пп. 21. Фазовый состав шлама представлен преимущественно гидроксидом трехвалентного железа, образовавшимся при окислении гидроксида двухвалентного железа кислородом воздуха и двуводным сульфатом кальция.

Трисульфогидроферрит кальция, входящий в состав предлагаемой строительной смеси, также является продуктом переработки отработанных растворов сернокислотного травления стали. Переработка ведется следующим образом. Отработанный травильный раствор нейтрализуют боем газосиликатного бетона или цементного камня до рН=4-5 и известковым молоком до рН=9. Затем нейтрализованную суспензию аэрируют для перевода двухвалентного железа в трехвалентное, добавляют известковое молоко из расчета 1,5 моль гидроксида кальция на один моль гидроксида железа с 10% избытка на полноту реакции и выдерживают смесь до достижения метастабильного равновесия. При этом протекает реакция образования трисульфогидроферрита кальция
3Са(ОН)₂+2Fe(OH)₃+3CaSO_4˙2H₂O+20H₂O= = 3CaO˙ Fe₂O_3˙ 3CaSO_4˙ 32H₂O (2)
Химический состав трисульфогидроферрита кальция, мас.%: CaO 25,63; Fe₂O₃ 12,16; SO₃ 18,29; H₂O 43,92.

Cтроительная смесь по предложенному решению проявляет неожиданный, неподдающийся прогнозированию на основе логических выводов эффект, заключающийся практически в двухкратном повышении прочности. Известно также, что образование трехсульфатной формы в цементных конгломератах является причиной их коррозии. В предложенном техническом решении в строительную смесь вводится, с точки зрения коррозионных процессов, продукт коррозии - трисульфогидроферрит кальция. При этом, наоборот, имеет место увеличение прочности. Кроме того, в предложенной растворной смеси ион трехвалентного железа не проявляет своих хромофорных свойств, в результате чего белизна затвердевшей строительной смеси не снижается, а в сравнении со смесью по прототипу имеет более высокую белизну. Таким образом, заявленное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

П р и м е р. Для проведения испытаний использовали обезвоженный шлам Орловского сталепрокатного завода, отработанный раствор сернокислотного травления сталей того же завода, следующего состава: FeSO₄ 310 г/л; H₂SO₄ 3,4 г/л, бой газосиликатного бетона и комовую известь 91%-ной активности Белгородского комбината строительных материалов, песок кварцевый природный Дальнепесковского карьера с модулем крупности 1,42, портландцемент М 400 Белгородского цементного завода, белый Шуровский портландцемент М 400.

По прототипу: из 10 мас.% цемента, 74% песка, 3,5% шлама и 12,5% воды (соответственно 1 кг Ц, 7,4 кг П, 0,35 кг Ш и 1,25 л В) готовили строительную смесь.

Подвижность строительной смеси определяли в см на приборе ПГР (СТРОИЦНИЛ) по величине погружения конуса.

При определении расслаиваемости растворной смеси использовали прибор, представляющий собой цилиндрическую стальную форму, высотой 305 мм и внутренним диаметром 113 мм, состоящую из трех частей одинаковой высоты. Форму заполняли испытываемой смесью вровень с краями, закрывали крышкой и подвергали вибрации 30 с. Далее использовали растворную смесь из нижней и верхней частей прибора, которую дополнительно перемешивали. Затем определяли подвижность растворной смеси на приборе ПГР по величине погружения конуса в растворную смесь. Масса подвижной части прибора 300 г, высота конуса 145 мм, диаметр основания конуса 75 мм. Объем погруженной части конуса в растворную смесь отсчитывали с погрешностью 1 см³ и вычисляли разность объемов погружения конуса в растворную смесь из верхней и нижней частей прибора. Расслаиваемость в см³ вычисляли как среднее арифметическое результатов двух испытаний.

Для определения прочностных показателей из строительной смеси изготавливали по 3 образца-кубика с ребром 7,07 см. Через 28 сут твердения в нормальных условиях производили испытания образцов на прессе П-10 и определяли предел прочности на сжатие.

Перед проведением прочностных испытаний образцы взвешивали и, исходя из их объема, рассчитывали значение средней плотности.

Из строительной смеси указанного состава с белым Шуровским портландцементом на стекле изготавливали три пластинки размером 4х1х160 см, на которых после 28 сут твердения фотоэлектрическим блескомером ФБ-2 определяли белизну.

Результаты испытаний по прототипу приведены в таблице. По предлагаемому техническому решению для изготовления строительной смеси использовали цемент, гидросульфоферрит кальция, песок и воду. Составы строительной смеси и результаты испытаний, выполненные как описано выше, приведены в таблице.

Использовали гидросульфоферрит кальция опытной лабораторной переработки, изготовление которого произведено следующим образом. На 1 л отработанного сернокислотного травильного раствора для нейтрализации его шло 640 г боя газосиликатного бетона, измельченного до крупности менее 0,315 мм, и 500 мл известкового молока 16%-ной активности. Нейтрализованную суспензию аэрировали воздухом в аэраторе (емкость с перфорированными трубками по дну) для перевода двухвалентного железа в трехвалентное. Время аэрации составляло 4 часа. После этого к суспензии добавляли 1200 мл известкового молока 16%-ной активности и оставляли ее в закрытом сосуде для протекания реакции. Время достижения равновесия в системе наступило через 3 недели (21 сут). Контроль за состоянием твердой фазы производили дифрактометром ДРОН-2,0 в возрасте 1, 3, 7, 14, 21 и 28 сут. При этом установлено, что отражения гидроксида кальция с d=0,490 и 0,263 нм, а также гипса с d=0,762 нм со временем (к 21-м сут) исчезают. Основными твердыми фазами через 21 сут являются трисульфогидроферрит кальция с d=0,97 нм и кварц с d=0,336 нм. В возрасте от 21 до 28 сут и далее изменений фазового состава не наблюдали. Кварц внесен в систему при нейтрализации сернокислого раствора от травления стали боем газосиликатного бетона. Влажность трисульфогидроферрита кальция 140%, содержание в суспензии кварцевого песка (на сухое вещество) 28%, что учитывали при изготовлении строительной смеси.

Согласно полученным данным предложенный состав строительной смеси, изготовленный с 5-20 мас. % добавки трисульфогидроферрита кальция, имеет практически в 2 раза большую прочность, чем у смеси по прототипу, и на 50% более высокую белизну. С повышением количества добавки до 30% (состав N 6) имеет место значительное снижение прочности, которая становится близкой к прочности строительной смеси по прототипу. Смесь с 1 мас.% добавки (состав N 5) имеет достаточно высокие значения прочности и белизны, но показала плохую однородность, характеризуемую величиной расслаиваемости. Результаты испытаний свидетельствуют о том, что оптимальное соотношение компонентов имеет строительная смесь составов 2-4.

Таким образом, предложенный состав строительной смеси позволяет повысить прочность и белизну при одновременном улучшении однородности. Использование строительной смеси по прототипу расширяет сырьевую базу компонентов для строительного производства, способствует утилизации промышленных отходов.

Использование: для кирпичной и каменной кладки, штукатурных и других работ. Сущность изобретения: строительная смесь содерхит, %: цемент 6 - 12; песок 60 - 70; трисульфогидроферрит кальция ( на сухое вещество ) 5 - 20; воду - остальное. Прочность строительной смеси на сжатие через 28 сут составляет 4,2 - 6,0 МПа, белизна 81 - 82 % при средней плотности 1860-2000 кг/м³. 1 табл.

СТРОИТЕЛЬНАЯ СМЕСЬ, включающая цемент, песок, железосодержащую добавку и воду, отличающаяся тем, что, с целью повышения прочности и белизны при одновременном улучшении однородности, она содержит в качестве железосодержащей добавки трисульфогидроферрит кальция при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цемент - 6 - 12
Песок - 60 - 70
Трисульфогидроферрит кальция (на сухое вещество) - 5 - 20
Вода - Остальное