СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ХИМИЧЕСКИ СТОЙКОГО КРЕМНЕБЕТОНА АВТОКЛАВНОГО ТВЕРДЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C04B28/06 C04B111/20 

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано при изготовлении несущих строительных конструкций, армированных обычной (некислотостойкой) сталью и предназначенных для строительства сборных производственных зданий и сооружений с химически агрессивными эксплуатационными средами без противокоррозионной защиты, а также при изготовлении декоративно-облицовочных изделий для устройства долговечной наружной облицовки зданий в загазованной атмосфере современных индустриальных городов, дорожных покрытий, плит пола и т.п. взамен изделий из природного камня типа гранита, яшмы, кварцевого песчаника, кварцевой брекчии и др.

Известна сырьевая смесь для приготовления химически стойкого кремнебетона автоклавного твердения, включающая химически стойкое вяжущее из 30 80 мас. тонкоизмельченного кварцевого песка с удельной поверхностью 1000 5000 см²/г и 20 70 мас. по меньшей мере одной из активных кристаллических модификаций кремнезема в виде зерен размером до 1,25 мм, выбранной из группы, состоящей из тримидата и кристобалита и содержащей 0,5 6 мол. оксидов натрия и/или калия, инертные заполнители и воду в качестве жидкости затворения для перекристаллизации тридимита и/или кристобалита в кварцевые цементирующие новообразования и твердения сырьевой смеси в процессе автоклавной обработки отформованных из нее изделий и конструкций [1]
При этом оптимальное содержание ингредиентов крупнозернистой (с крупным заполнителем) кремнебетонной смеси умеренной жесткости для изготовления изделий и конструкций по обычной технологии виброформования рекомендуется следующим, мас. [2]
Тридимит и кристобалит (ТК вяжущее) 13,8
Молотый кварцевый песок 11,3
Мелкий заполнитель (рядовой кварцевый песок) 14,6
Щебень кварцевый фракции 5 20 мм 55,1
Вода 5,2
Однако, для полного растворения активных кристаллических модификаций кремнезема с их кристаллизацией в кварц и завершения процесса твердения химически стойкого кремнебетона с использованием кварцевого песка, имеющего удельную поверхность 5000 см²/г при минимальном содержании Na₂O в составе кристобалита 0,5 мол. и исходном размере его зерен 0,315 0,63 мм требуется 72 ч автоклавной обработки под давлением насыщенного водяного пара 1,2 МПа (пример 1 из [1]), а с максимальным содержанием 6 мол. Na₂O в смеси кристобалита и тридимита с крупностью зерен до 1,25 мм 32 ч (пример 7 из [1]).

Целью изобретения является сокращение энергозатрат на производство изделий и конструкций из сырьевой смеси для приготовления химически стойкого кремнебетона автоклавного твердения за счет сокращения длительности автоклавной обработки при соответствующем снижении их стоимости без ухудшения технических показателей кремнебетона и увеличения содержания дорогостоящего щелочного компонента.

Поставленная цель достигается тем, что сырьевая смесь для приготовления химически стойкого кремнебетона автоклавного твердения, включающая вяжущее с размером зерен до 1,25 мм из кристаллических модификаций кремнезема тридимит-кристобалитового состава, содержащих оксид щелочного металла и молотого песка, заполнитель и жидкость затворения, содержит указанные кристаллические модификации кремнезема с 0,1 2 мол. оксида щелочного металла и жидкость затворения в виде водного раствора соединения щелочных металлов, например гидроксида натрия 5 15%-ной концентрации (в пересчете на гидроксид щелочного металла) при обычном вибрационном способе формования изделий и конструкций она содержит указанные компоненты при их соотношении, в мас.

Указанные кристаллические модификации 14,3
Указанный молотый кварцевый песок 15,6
Рядовой кварцевый песок 12,6
Щебень 51,7
Указанный водный раствор гидроксида натрия 5,8.

Кроме того, при обычном вибрационном способе формования изделий и конструкций она содержит указанные компоненты при следующем их соотношении, в мас.

Указанные кристаллические модификации кремнезема 24,8
Указанный молотый кварцевый песок 28,4
Рядовой кварцевый песок 35,7
Указанный водный раствор гидроксида натрия 11,1.

При содержании оксидов щелочных металлов в составе активных кристаллических модификаций Na₂O менее 0,1 мол. трудно обеспечить полное превращение кварцевого песка в тридимит и/или кристоболит в процессе его обжига для получения ТК вяжущего в обычной вращающейся печи, а увеличение количества щелочных оксидов свыше 2 мол. или повышение концентрации водного раствора гидроксида натрия сверх 15 мас. приводит к увеличению общего содержания водорастворимых гидросиликатов в сырьевой смеси при ее автоклавном твердении, ослабляющих кварцевую цементирующую связку и снижающих водостойкость затвердевшего кремнебетона.

При концентрации раствора NaOH менее 5 мас. требуется увеличение длительности автоклавной обработки для полного растворения и перекристаллизации активного кремнезема и твердения сырьевой смеси в отформованных изделиях и конструкциях.

Пример 1. Берут кристобаллитовое или кристобалит-тридимитовое вяжущее с содержанием 0,1 и 0,5 мол. Na₂O в зернах естественной гранулометрии после обжига природного кварцевого песка во вращающейся печи и смешивают его с кварцевым песком, молотым до удельной поверхности 4800 см²/г, рядовым кварцевым песком в качестве мелкого заполнителя и кварцитовым щебнем фракции 5 20 мм в качестве крупного заполнителя при следующем соотношении компонентов смеси (см. табл. 2)
Полученную сухую сырьевую смесь затворяют водным раствором едкого натрия с концентрацией 12,5 20 мас. и после окончательного перемешивания из свежеприготовленной крупнозернистой кремнебетонной смеси формуют образцы - кубы 7х7х7 см на лабораторной виброплощадке, которые загружают с формами в автоклав и подвергают автоклавной обработке под давлением насыщенного водяного пара 1,2 МПа в течение 16 ч.

После гидротермальной обработки охлажденные до комнатной температуры образцы извлекают из форм, высушивают при 105 110^oC и подвергают испытаниям на прочность в сухом и водонасыщенном состоянии по ускоренной методике /ГОСТ 12730-78/ путем кипячения в воде в течение 2 ч и последующей выдержки в воде в течение 2 сут для определения коэффициента водостойкости (размягчения).

Пример 2. Берут вяжущее различного минералогического состава с изменяющимся содержанием Na₂O в зернах размером менее 0,63 мм и смешивают его с кварцевым песком, молотым до удельной поверхности 4800 см²/г и мелким заполнителем с крупностью зерен до 1,25 мм.

Полученную сухую смесь мелкозернистого (песчаного) кремнебетона затворяют водным раствором NaOH разных концентраций, изготавливают опытные образцы-кубы и проводят их испытания, как описано в примере 1, при следующем соотношении ингредиентов (см. табл. 1)
Сравнительные свойства химически стойкого известного кремнебетона и предлагаемых в примерах 1 и 2 составов сырьевой смеси для его приготовления даны в таблице.

Как следует из результатов полученных испытаний, при затворении кремнебетонной смеси водными растворами NaOH с концентрацией 5 15 мас. химически стойкий кремнебетон с крупным заполнителем по прочностным показателям и водостойкости не уступает прототипу при сохранении среднего содержания оксида щелочного металла в составе сырьевой смеси, но для его гидротермального твердения требуется в 2 4,5 раза меньше длительности автоклавной обработки при изготовлении изделий и конструкций.

Дополнительное снижение энергозатрат при приготовлении предлагаемой сырьевой смеси достигается на стадии получения ТК вяжущего за счет исключения при его подготовке к использованию в составе сырьевой смеси технологических операций дробления и фракционирования продукта высокотемпературного обжига щелочно-кварцевой шихты благодаря отсутствию спекания зерен кварцевого песка во вращающихся печах при минимальном содержании присадок щелочных плавней 0,1 2 мол.

Пониженные прочностные показатели для составов по примеру 2 закономерно объясняются повышенной в 1,6 раза водопотребностью мелкозернистой сырьевой смеси в сравнении с равноподвижной крупнозернистой смесью и, соответственно, повышенной пористостью затвердевшего песчаного кремнебетона.

Сырьевая смесь для приготовления химически стойкого кремнебетона относится к производству строительных материалов и может быть использована при изготовлении несущих строительных конструкций, армированных обычной (некислотостойкой) сталью и предназначенных для строительства сборных производственных зданий и сооружений с химически агрессивными эксплуатационными средами без противокоррозионной защиты, а также при изготовлении декоративно-облицовочных изделий для устройства долговечной наружной облицовки зданий в загазованной атмосфере современных индустриальных городов, дорожных покрытий, плит пола и т.п. взамен изделий из природного камня типа гранита, яшмы, кварцевого песчаника, кварцитовой брекчии и др. Цель изобретения - сокращение энергозатрат на производство химически стойких изделий и конструкций и снижение их стоимости. Для этого сырьевая смесь включает в качестве вяжущего активные кристаллические модификации кремнезема тридимито-кристобалитового состава с содержанием 0,1 - 2 мол.% оксидов щелочных металлов, а в качестве жидкости затворения она содержит водные растворы соединений щелочных металлов, например гидроксида натрия 5 - 15%-ной концентрации. При этом, для изготовления изделий и конструкций по обычному вибрационному способу их формования она содержит следующее соотношение компонентов, в мас.%: указанные кристаллические модификации кремнезема 14,3; молотый кварцевый песок 15,6; рядовой кварцевый песок 12,6; щебень 51,7; указанный водный раствор гидроксида натрия 5,8. Кроме того, при обычном вибрационном способе формования изделий и конструкций она содержит следующее соотношение компонентов, в мас.%: указанные кристаллические модификации кремнезема 24,8; молотый кварцевый песок 28,4; рядовой кварцевый песок 35,7; указанный водный раствор гидроксида натрия 11,1. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Сырьевая смесь для приготовления химически стойкого кремнебетона автоклавного твердения, включающая вяжущее с размером зерен до 1,25 мм из кристаллических модификаций кремнезема тридимит-кристобалитового состава, содержащих оксид щелочного металла, и молотого кварцевого песка, заполнитель и жидкость затворения, отличающаяся тем, что она содержит указанные кристаллические модификации кремнезема с 0,1-2,0 мол. оксида щелочного металла и жидкость затворения в виде водного раствора соединения щелочных металлов, например, гидроксида натрия 5-15%-ной концентрации (в пересчете на гидроксид щелочного металла). 2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что при обычном вибрационном способе формования изделий и конструкций она содержит указанные компоненты при следующем их соотношении, мас.

Указанные кристаллические модификации кремнезема 14,3
Указанный молотый кварцевый песок 15,6
Рядовой кварцевый песок 12,6
Щебень 51,7
Указанный водный раствор гидроксида натрия 5,8
3. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что при обычном вибрационном способе формования изделий и конструкций она содержит указанные компоненты при следующем их соотношении, мас.

Указанные кристаллические модификации кремнезема 24,8
Указанный молотый кварцевый песок 28,4
Рядовой кварцевый песок 35,7
Указанный водный раствор гидроксида натрия 11,1у