СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СИЛИКАТНОГО КИРПИЧА Российский патент 1996 года по МПК C04B28/18 C04B111/20 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении силикатного кирпича.

В промышленности строительных материалов широко применяются сырьевые смеси для изготовления силикатного кирпича, в состав которых входит в определенных пропорциях чистый кварцевый песок и воздушная известь.

Исследования и разработки при создании силикатного кирпича проводились и проводятся в настоящее время с учетом выполнения таких требований, как максимальное использование местных сырьевых ресурсов, отходов горнодобывающего и металлургического производств, минимальное влияние на окружающую среду, удешевление производства и т.д. Вместе с тем выполнение этих требований не должно ухудшить физико-механических характеристик кирпича.

Известна сырьевая смесь для изготовления силикатного кирпича, включающая известь, феррохромовый шлак, молотый песок и песок заполнитель. Причем вяжущий компонент содержит до 4% извести (см. М. кл. СО 4 В 28/18, заявка N 3766677, 1984 г. а.с. N 1217843). Как следует из материалов указанной заявки, сырьевая смесь позволяет получить силикатный кирпич с высокими физико-механическими характеристиками.

Однако применение извести приводит к ухудшению экологической обстановки, усложнению технологии изготовления, удорожанию производства.

Наиболее близкой по своему составу к заявляемой является сырьевая смесь, указанная в статье Леонтьева Е.Н. и др. "Вяжущее на основе феррохромового шлака и отходов содового производства для автоклавного синтеза", сборник трудов ВНИИстрой N 42/70, 1980 г. с.35 Смесь содержит феррохромовый шлак, причем твердение ее сопровождается активатором, состоящим из смеси извести, гипса и хлористого кальция.

Использование извести и известковых материалов существенно затрудняют применение строительного материала их этой смеси, так как последний не соответствует требованиям экологии и санитарной гигиены.

Известно, что феррохромовые шлаки (согласно ТУ 14-11-181-80) содержат от 3 до 8% оксида хрома. Следовательно, данный материал по санитарно-гигиеническим условиям не должен допускаться к использованию в стеновых конструкциях (кирпиче), так как хром относится к тяжелым металлам, а "все соли хромовых кислот ядовиты" (Глинка Н.Л. "Общая химия", издательство "Химия", 1965 г. с. 35). И хотя хром в шлаке представлен в химическим инертной форме, в высокощелочной среде он переходит в водорастворимое соединение (см. Авербух Т. Д. и др. "Технология соединений хрома", Л. Издательство "Химия", 1973 г. Глинка Н. Л. "Общая химия", Издательство "Химия", 1965 г. с.632) и поэтому может проявлять токсические свойства.

Примеры использования феррохромового шлака, имеющего в составе вяжущего известь (а.с. N 1217843: Куатбаев К.К. "Силикатные бетоны их побочных продуктов промышленности" М. Cтройиздат, 1981 г. с.109) свидетельствуют о том, что при увлажнении смеси известь создает высокощелочную среду, в условиях которой хром переходит в водорастворимые соединения и в связи с этим проявляет токсические свойства. Кирпич, изготовленный из смеси, состав которой приведен Куатбаевым К.К. в статье "Силикатные бетоны." на Актюбинском заводе силикатного кирпича через шесть месяцев приобрел зеленый цвет (на поверхности кирпича появилась плесень зеленого цвета), т.е. под действием щелочей (извести) образовались водорастворимые соли хрома хромиты, имеющие зеленый цвет (Глинка Л.Н. "Общая химия", издательство "Химия" 1965 г. с.632). Кроме того, активная добавка по прототипу (отход содового производства) очень загрязнена и содержит кроме названных компонентов такие вредные и ядовитые вещества как свинец, пикриновую кислоту, хлорпикрин и др.

Целью изобретения является улучшение экологических характеристик, повышение прочности, водо- и морозостойкости силикатного кирпича.

Поставленная цель достигается тем, что сырьевая смесь, включающая феррохромовый шлак, молотый песок, песок и активную добавку, содержит в качестве добавки гипохлорит кальция или хлористый кальция при следующем соотношении компонентов, мас.

шлак феррохромовый 17-23
молотый песок 7-13
песок заполнитель остальное
активная добавка 0,07-0,13 от 100% сухой смеси
Феррохромовый шлак представляет собой пылевидный материал, содержащий, мас.

шеннонит (-2CaOSiO₂_ 70,9
периклаз (-MgO) 13,2
корунд (-Al₂O₃ 4,5
оксид хрома (Cr₂O₃ 5,4
портландит (Ca(OH)₂) 2,1
магнизит (MgCO₃_ 1,5
брусит (Mg(OH)₂ 0,4
при следующем химическом составе, мас. SiO₂-25,6; Fe₂O₃-0,17; V₂O₃-0,35; CaO-46,4; Al₂O₃-4,4; CO₂-0,8; MgO-13,8; TiO₂-0,16; K₂O-0,4; FeO-0,64; Cr₂O₃-5,28; Na₂O-0,02
Предложенная смесь содержит в качестве активатора гипохлорит кальция или хлористый кальций, не имеющие в своем составе извести и других щелочных реагентов. Эти активаторы в дозах, рекомендованных заявителем, создают щелочную среду в смесях в пределах 8,8-10,1 рН. Нижний предел обеспечивает синтез низкоосновных гидросиликатов кальция и магния, а верхний для ограничения перехода соединений хрома в водорастворимые соединения.

Хлористый кальций соответствовал ГОСТ 450-77, гипохлорит кальция - 48-0501-325-92.

Для доказательства изложенного выполнена лабораторная работа, результаты которой представлены в табл.1. Вяжущее для силикатного кирпича готовили как по прототипу (Лентьев Е. В. "Вяжущее.") так и по рецептуре, предложенной заявителем. Сырьевые смеси готовились из 30% вяжущего и 70% заполнителя - песка горного. Вяжущее готовилось из смеси шлака феррохромового 60,5% и песка горного 35,5% путем размалывания до удельной поверхности 3500-4000 см²/г. Активная добавка для прототипа (смеси NN 1-10) составляет 4% от массы вяжущего (1,2% от сухой смеси); для смесей NN 11-16 0,07-0,13% от сухой смеси.

Ферросплавные шлаки представлены на 70-80% шеннонитом (-2CaOSiO₂ и на 10-13% периклазом (MgO). Шеннонит не активен, не гидратируется и не твердеет под водой. В присутствии тонкоизмельченного песка при автоклавной обработке происходит синтез низкоосновных гидросиликатов кальция (CSH). Кроме того, в отсутствии извести создается низкоосновная щелочная среда (рН 8,8-10,1), в условиях которой периклаз (MgO) активно гидратируется, вступает во взаимодействие с песком с образованием гидросиликатов магния. Этот процесс предшествует синтезу гидросиликатов кальция и в результате наличие значительного количества MgO в шлаке не сказывается отрицательно на формирование структуры силикатного кирпича. В то же время низкощелочная среда сохраняет хром в инертной форме. Сырьевые смеси увлажняют (5-7%) и формуют образцы высотой и диаметром 50 мм при давлении прессования 18 МПа. Образцы-цилиндры подвергают автоклавной обработке по режиму: 1,5-8-1,5 ч при 175 ^o С и давлении 0,8 МПа. Затем образцы испытывались на рН, на содержание водорастворимого хрома (Cr), а также на прочность при сжатии (R_сж), морозостойкость (К_мрз и водостойкость (К_вод. Водородный показатель определялся потенциометрическим, хром-атомноабсорбционным методами в водной вытяжке анализируемых смесей. Суспензия готовилась в соотношении смеси к воде 1:5, определение рН проводилось в суспензии, хром-ион определялся в фильтрате.

В смеси N 1 в качестве активатора использован твердый остаток отходов содового производства (осадок "Белого моря) Стерлитамакского объединения "Сода". В смесях NN 2-10 отходы содового производства искусственно создавались из химических веществ: Ca(OH)₂ 8,5-16,5% СаSO₄ 4,25-8,25% CaCl₂ 12,5-8,5% СaСO₃ 62,75-78,75% от массы активатора, т.е. количество составляющих варьировалось в пределах содержания их в отходах содового производства. В смесях NN 11-13 в качестве активатора использовались гипохлорит кальция с содержанием хлоридов CaCl₂ 220 г/л и активного хлора 0,2 г/л, а в смесях NN 14-16 хлористый кальций.

Из результатов испытаний следует, что для смесей NN 1-10, т.е. с активатором из отходов содового производства, значения рН и выход свободного хрома значительно выше, чем для смесей NN 11-16, т.е. с активаторами, предложенными заявителями, соответственно -pH 10,8-11,3: Cr 0,105-0,133 мкг/мл: -pH 8,8-10,1: Cr 0,039-0,052 мкг/мл:
Тем самым показано, что по сравнению с известными активаторами использование предлагаемых активаторов значительно (в 2-3 раза) снижает выход водорастворимого хрома и, следовательно, в такой же степени снижает вредное воздействие на окружающую среду.

Санитарно-гигиеническая экспертиза образцов силикатного кирпича на основе феррохромовых шлаков и гипохлорита кальция не выявила миграции вредных веществ и какого-либо воздействия на живые организмы (см. Заключение Пермского областного центра госсанэпиднадзора N 75 от 02.02. 1993 г.): заключение выслано ранее. Кроме того, предлагаемый состав смеси имеет по сравнению с прототипом и более высокие прочность, морозостойкость и водостойкость.

При лабораторных исследованиях проработаны два вида шлака: феррохромовые и феррованадиевые. По своим свойствам они аналогичны, поэтому для упрощение изложения все показано применительно к одному шлаку феррохромовому. Результаты испытаний смесей NN 17-19 на феррованадиевом шлаке и активаторе из хлористого кальция убеждают в этом: по результатам они аналогичны смесям NN 14-16, т. е. смесям на феррохромовом шлаке и с тем же активатором хлористым кальцием.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении силикатного кирпича. Сырьевая смесь включает песок заполнитель, вяжущее и активную добавку. В качестве вяжущего смесь содержит шлак ферросплавно-феррохромовый и молотый песок, а в качестве активной добавки - гипохлорит кальция или хлористый кальций при следующем соотношении компонентов, мас. %: феррохромовый шлак 17-20; молотый песок 13-10; песок заполнитель остальное; гипохлорит кальция или хлористый кальций 0,1-0,07% от 100% сухой смеси Представленная сырьевая смесь позволяет получить кирпич с достаточно высокой прочностью и морозостойкостью. Исключение извести из сырьевой смеси улучшает экологичность производства, уменьшает производственные затраты. 1 табл.

1. Сырьевая смесь для изготовления силикатного кирпича, включающая феррохромовый шлак, молотый песок, песок и добавку, отличающаяся тем, что она в качестве добавки содержит гипохлорит кальция или хлористый кальций при следующем соотношении компонентов мас.

Феррохромовый шлак 17 23
Молотый песок 7 13
Песок Остальное
Добавка 0,07 0,13 от 100% сухой смеси