СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1996 года по МПК C04B26/26 C04B111/20 

Предлагаемое изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано при изготовлении различных строительных изделий и конструкций.

Подбор смесей для изготовления строительных изделий и конструкций предполагает определение оптимального содержания вяжущего, при котором достигаются наиболее высокие физико-механические и эксплуатационные показатели конечной продукции. В настоящее время известны смеси для изготовления строительных изделий, в которых в качестве вяжущего используется талловый пек, как с минеральным, так и с органическим наполнителем. Однако данные технические решения основаны на результатах исследований и не учитывают необходимое количество таллового пека и природные свойства применяемых наполнителей. В результате известны частные решения составов смесей, только для использования в конкретных случаях. Все это приводит к тому, что при минимальных отклонениях природных свойств наполнителя от первоначально исследованных, происходит количественное изменение оптимального содержания таллового пека в смеси и, как следствие, приводит к снижению физико-механических свойств получаемых изделий, повышению расхода энергии на разогрев вяжущего и к росту дополнительных затрат на изготовление изделий.

Предлагаемое решение позволяет определять оптимальное содержание таллового пека для любого по свойствам наполнителя (минерального или органического) на основе приведенных пределов содержания таллового пека (вяжущего) и учета природных характеристик (удельная поверхность и плотность), как наполнителя, так и вяжущего. Тем самым значительно уменьшаются трудозатраты и время на определение оптимального состава смеси и изготовление строительных изделий, при использовании конкретного наполнителя.

Известен способ укрепления грунта, при котором используется смесь, включающая в свой состав минеральный наполнитель связный грунт, вяжущее - талловый пек и известь при следующем соотношении компонентов, мас. ч.

Связный грунт 100
Талловый пек 10-14
Известь 2-4
Недостатком этого решения является необходимость определения оптимального расхода вяжущего, путем проведения лабораторных и экспериментальных работ. Известная рецептура не увязывает природных свойств наполнителя (удельную поверхность и плотность) с расходом таллового пека. В то же время, согласно СНиП 2.01.05.85 "Автомобильные дороги" к связным грунтам относится супесь, глина, суглинок, в которых содержание песчаных частиц размером от 0,25 до 2 мм может изменяться от 0 до 100% что соответственно ведет к изменению удельной поверхности от 6,2 до 300 м²/кг. Такие диапазоны природных свойств наполнителя приводят к дополнительным трудозатратам по подбору состава смеси в каждом конкретном случае, а также отражаются на прочностных показателях укрепленного грунта.

Наиболее близким к заявляемому решению является смесь для устройства дорожного покрытия, которая содержит в качестве органического и минерального наполнителя пылевидный отход полистирола, отход дробления абразивных кругов фракции не менее 5 мм, минеральный материал и вяжущее талловый пек и модифицирующую добавку полиэтиленовый воск, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

Талловый пек 7,2-9,0
Полиэтиленовый воск 0,8-1,0
Пылевидный отход полистирола 2,0-5,0
Отход дробления абразивных кругов фракции менее 5 мм 10,0-25,0
Минеральный материал Остальное
Однако известный способ требует больших дополнительных затрат на его реализацию по следующим причинам. В данной смеси сочетается использование, как органического наполнителя пылевидных отходов полистирола, так и минерального отхода дробления абразивных кругов фракции менее 5 мм, а также минерального материала. Такой состав наполнителя имеет резкое изменение размеров частиц от 0,071 до 40 мм и соответственно изменение удельной поверхности от 0,44 до 500 м²/кг. Изменение фракционного состава даже одного из видов наполнителя приводит к существенному изменению оптимального содержания таллового пека.

Практическое применение а. с. N 949031 при устройстве покрытий дорог, мостов и пешеходных тротуаров существенно сдерживается во многих случаях тем, что приводит к перерасходу таллового пека, снижению физико-механических свойств изготовляемых конструкций, а также требует проведения длительных и многочисленных лабораторных исследований по определению оптимального расхода таллового пека для приготовления смесей с различными по свойствам наполнителями.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в определении оптимального содержания таллового пека в указанных пределах в смеси для изготовления строительных изделий в каждом конкретном случае по формуле, на основе учета природных показателей наполнителя и вяжущего (удельной поверхности и плотности).

Это достигается тем, что в смеси для изготовления строительных изделий содержание таллового пека находится в пределах от 0,05 до 0,45 долей от массы смеси, в зависимости от природных свойств наполнителя и вяжущего. В каждой конкретной смеси количество таллового пека устанавливают по формуле:

где β содержание таллового пека в смеси, доли массы;
S₁, S₂ удельная поверхность соответственно таллового пека и наполнителя, м²/кг;
r₁, ρ₂ плотность соответственно таллового пека и наполнителя, кг/м³.

Отличительными признаками заявляемого решения по сравнению с прототипом являются следующие:
талловый пек вяжущее содержится в количестве 0,05-0,45 долей от массы смеси, с учетом использования различных по природным свойствам наполнителей (минеральных и органических);
содержание таллового пека в смеси зависит от природных свойств наполнителя удельной поверхности и плотности;
в каждой конкретной смеси количество таллового пека устанавливают по формуле:

β содержание таллового пека в смеси, доли массы;
S₁, S₂ удельная поверхность соответственно таллового пека и наполнителя, м²/кг;
r₁, ρ₂ плотность соответственно таллового пека и наполнителя, кг/м³.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизны".

Перечисленная совокупность новых по отношению к прототипу отличительных признаков позволяет получать строительные изделия с достаточными для их эксплуатации технологическими свойствами, без применения дополнительных вяжущих (битум, известь, цемент, полиэтиленовый воск и др.). Кроме этого, снижаются производственные затраты и сокращается продолжительность подбора оптимального состава смеси для изготовления строительных изделий. Следовательно, заявляемое решение соответствует критерию "положительный эффект".

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают критерию "существенные отличия".

Примером реализации предлагаемого решения может служить использование в качестве вяжущего "Пек талловый для дорожного строительства" (ТУ 13-0281078-84-89, срок действия до 1 марта 1995 г), а в качестве наполнителя наиболее часто используемые и противоположные по природным свойствам материалы: природный песок, гранитные отсевы, древесная стружка, лигнин и т.п. характеризуемые разными значениями удельной поверхности и плотности.

Удельная поверхность и плотность наполнителя предварительно определяются по стандартным методикам (см. Материалы и изделия для строительства дорог. Справочник. Под ред. Н.В.Горелышева. М. Транспорт, 1986, с.55).

Талловый пек представляет собой материал, который при нагреве выше температуры размягчения t 25^oC переходит в жидкое состояние. Поэтому плотность таллового пека можно определить по ГОСТ 18329-73 "Смолы и пластификаторы жидкие. Методы определения плотности".

Удельная поверхность таллового пека в смеси для строительных изделий представляет собой отношение площади пленки таллового пека к единице его массы. Таким образом, удельная поверхность вяжущего определяется по формуле:

где S₁ удельная поверхность таллового пека, м²/кг;
ρ₁ плотность таллового пека, кг/м³;
δ толщина пленки таллового пека в смеси для изготовления строительных изделий, м.

Необходимо отметить, что толщина пленки таллового пека зависит от количества вяжущего в смеси для изготовления строительных изделий и удельной поверхности наполнителя. При этом максимальные свойства таллового пека, как вяжущего, проявляются, когда пленка пека состоит из ориентированного слоя на зернах наполнителя различной крупности. Для определения толщины слоя таллового пека может быть использована центрифуга ЦЛС-31 М (см. Королев И.В. Пути экономии битума в дорожном строительстве. М. Транспорт, 1986, с.30).

Основные характеристики и составы исследуемых смесей для изготовления строительных изделий представлены в табл. 1.

В приведенных смесях (см. табл. 1) принят наполнитель с одинаковым гранулометрическим составом (соответственно, равной плотностью и удельной поверхностью наполнителя смеси 1-4 и 5-8) и при различных расходах таллового пека (различных значениях его удельной поверхности).

Технология изготовления строительных изделий может быть реализована в следующей последовательности. Природный песок разогревают до температуры 150-165^oC и перемешивается с талловым пеком, нагретым выше температуры размягчения. В смесительном барабане при перемешивании с наполнителем, под воздействием высокой температуры песка, талловый пек нагревается и этим обеспечивается равномерное распределение вяжущего по всему объему смеси. После перемешивания готовая смесь подается в формы и уплотняется. Затем отформованные изделия разогреваются до 220-260^oC и дополнительно термостатируют в течение 2-5 часов в зависимости от температуры и вида наполнителя.

Результаты испытаний полученных строительных изделий из различных составов (табл. 1) приведены в табл. 2.

Если рассчитывать расход таллового пека в смеси для строительных изделий по заявляемой формуле, то оптимальное содержание вяжущего в смесях с различными наполнителями равно:
наполнитель природный песок. Толщина пленки таллового пека с ориентированным слоем δ = 6,7•10^-6м и удельной поверхностью таллового пека 171,5 м²/кг:

наполнитель древесная стружка. Толщина пленки таллового пека с ориентированным слоем δ = 4,5•10^-6м и удельной поверхностью таллового пека 202 м²/кг:

Полученные результаты подтверждают значения экспериментальных исследований табл. 1,2. Это позволяет сделать вывод о целесообразности использования заявляемой формулы при проектировании состава смеси и получения качественных строительных изделий. ТТТ1

Использование: промышленность строительных материалов, изготовление изделий и конструкций. Сущность изобретения: смесь для изготовления строительных изделий содержит наполнитель и талловый пек в количестве 0,05-0,45 долей от общей массы смеси, а в каждой конкретной смеси количество таллового пека устанавливают по формуле: β = S₂•ρ₂/S₁•ρ₁+S₂•ρ₂, где β - содержание таллового пека в смеси, доли массы, S₁, S₂ - удельная поверхность, соответственно таллового пека и наполнителя, м²/кг, r₁, ρ₂ - плотность соответственно таллового пека и наполнителя, кг/м³. Смесь имеет стабильные физико-механические показатели. 2 табл.

Смесь для изготовления строительных изделий, включающая наполнитель и талловый пек в качестве вяжущего, отличающаяся тем, что она содержит талловый пек в количестве 0,05 0,45 общей массы смеси, а в каждой конкретной смеси количество таллового пока устанавливают по формуле

где B содержание таллового песка в смеси;
S₁ и S₂ удельная поверхность соответственно таллового пека и наполнителя, м²/кг;
ρ₁ и ρ₂ плотность соответственно таллового пека и наполнителя, кг/м³.