СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1998 года по МПК C04B28/08 C04B28/10 C04B40/02 

Изобретение относится к способам изготовления изделий и может найти применение в промышленности строительных материалов и изделий при приготовлении штучных стеновых изделий (кирпича, блоков) для малоэтажных жилых и сельскохозяйственных зданий.

Известен способ получения изделий [1], заключающийся в предварительном смешивании тонкодисперсных золы (от сжигания углей) и шлаков с размером менее 4 мкм и с последующим смешиванием этой смеси с 6-12% с жженой (негашеной) известью, молотую смесь увлажняют водой до 8-16% и формуют из нее строительные элементы.

Наряду с достоинствами способа (утилизируются зола, шлак) имеются и существенные недостатки:
сложная технология приготовления формовочной смеси, связанная с необходимостью сушки материалов перед измельчением;
низкая трещиностойкость изделий как при формовании методом прессования вследствие затруднительного выхода сжатого воздуха из смеси с высокой удельной поверхностью, так и в процессе естественного и гидротермального твердения вследствие запоздалого процесса гашения пересжженой извести, в том числе и свободной, содержащейся в золе;
невзрачный архитектурный вид, так как цвет изделий из смеси - темно-серый после естественного твердения или пропаривания.

Наиболее близкий способ к заявляемому, как по техническому решению, так и количественно-качественному составу формовочной смеси приведен в описании к изобретению "Вяжущее" [2] и заключается в смешивании предварительно раздельно молотых до удельной поверхности 5000-5500 см²/г негашеной извести, взятой в количестве 20-21 мас.% активностью 75-80%, молотого до удельной поверхности 2300-2500 см²/г в количестве 60,2-64,0% кварцевого песка, молотого до удельной поверхности 3500-3700 см²/г основного доменного граншлака в количестве 12-14%, полуводного гипса в количестве 1,5-1,8% и домалывания этой смеси до удельной поверхности 3700-4000 см²/г, увлажнения смеси и формования из нее строительных элементов. Твердеют изделия при автоклавной обработке при t=174^oC и P=0,8 МПа.

Наряду с большими достоинствами приготовления формовочной смеси (утилизируется шлак и получают ячеистые строительные изделия), имеются и существенные недостатки:
требуется сложная и энергоемкая технология приготовления смеси, связанная с необходимостью предварительной сушки исходных компонентов смеси и предварительного раздельного и вторичного измельчения до весьма высокой удельной поверхности 3700-4000 см²/г, а также вследствие необходимости гидротермальной обработки при автоклавных условиях твердения;
низкая трещиностойкость смеси при ее формовании методом прессования вследствие затруднительного выхода сжатого воздуха из смеси при весьма высокой удельной поверхности 3700-4000 см²/г;
низкая трещиностойкость изделий при твердении как в естественных, так и гидротермальных условиях (пропаривании) при t=90-95^oC и давлении окружающей среды вследствие запоздалого процесса гашения частиц извести;
невзрачный архитектурный вид изделий после пропаривания и естественных условий твердения, так как цвет изделий - темно-серый.

Задача данного изобретения - упростить технологию изготовления формовочной смеси и изделий на ее основе, а также снизить их трещиностойкость в процессе прессования и твердения при естественных условиях и пропаривании, повысить архитектурный вид.

Для достижения поставленной цели в известном способе изготовления изделий, включающем приготовление формовочной смеси путем смешивания измельченной негашеной извести с активностью не менее 75%, с молотым основным доменным граншлаком, кремнеземсодержащим наполнителем и кальцийсодержащей солью, затворение смеси водным раствором, формование и твердение, отличающийся тем, что предварительно осуществляют совместный помол негашеной комовой извести с доменным основным шлаком мокрой грануляции, с расчетно-теоретической влажностью, достаточной для полного гашения извести с измельчением их до удельной поверхности не более 2500 см²/г, после этого к смеси добавляют кварцевый песок или гидроотвальную низкокальциевую золу и осуществляют домалывание смеси до удельной поверхности 3000-3200 см²/г, причем затворение формовочной смеси осуществляют водной суспензией кальцийсодержащей соли, в качестве которой используют отходы производства мела.

При испытании предлагаемого способа приняты сырьевые компоненты и отходы производств со следующей характеристикой:
1) известь комовая негашеная, содержащая не менее 75% CaO. Отвечает требованиям ГОСТ 9179 - 77;
2) доменный основной шлак мокрой грануляции АО "Тулачермет" с химическим составом, мас. % : SiO₂ 38,47 - 39,39; Al₂O₃ 7,5 - 9,05; CaO 43,26 - 45,66; MgO 7,27 - 7,9; FeO 0,31 - 0,35; MnO 0,23 - 0,25;
3) гидроотвальная низкокальциевая буроугольная зола от сжигания углей Подмосковного бассейна. Отвечает требованиям ГОСТ 25818-83 "Зола унос тепловых электростанций для бетона". Химический состав низкокальциевой золы от сжигания бурых углей Подмосковного бассейна, мас.% : SiO₂ 49,5 - 64,0; Al₂O₃ 13,2 - 27,29; FeO 5,72 - 7,82; CaO 1,44 - 2,4; SO₃ 0,81 - 0,89; Fe₂О₃ 8,18 - 11,18; MgO 0,63 - 0,7; TiO₂ 0,84 - 1,42; Na₂O 0,1 - 0,14; K₂O 0,32 - 0,45; п.п.п. 3,28 - 3,6;
4) кальцийсодержащая соль - отход производства мела химкомбината пос. Ленинский, Тульская обл. Химический состав на сухую массу: Ca(OH) - 48 мас. %; CaCO₃ - 50 мас.%.; кварцевый песок - остальное. Влажность - 49%;
5) кварцевый песок. Принят обычный рядовой. г. Донской, Тульская обл. Химический состав, мас.% : SiO₂ 88 - 90; Al₂O₃ 2,1 - 3,6; CaO 1,2 - 1,8; MgO 0,35 - 0,4; Fe₂O₃ 1,2 - 2,4.

Пример 1. Дозировали весовым методом по массе: доменный основной шлак мокрой грануляции с максимальным диаметром частиц 20 мм и влажностью 8% в количестве 4 кг по сухой массе (20% от общей массы сухой смеси) или с учетом влажности 4 кг 348 г (348 г внесено со шлаком воды), комовую негашеную известь с максимальным диаметром частиц 20 мм (сухую) в количестве 1 кг (5% от массы сухой смеси). Оба материала в количестве 5 кг 348 г поместили в лабораторную шаровую мельницу и измельчали до удельной поверхности смеси 2450 см²/г. Предварительно расчетным путем установили необходимое количество воды для полного гашения 1 кг извести активностью 80% (CaO в извести 80%).

В соответствии с уравнением химической реакции
CaO + H₂O = Ca(OH)₂ + Q
56 в.ч. + 18в.ч. = 74 в.ч.

на 56 мас.ч. CaO требуется 18 мас.ч. воды, а на 1 кг активностью 80%, т. е. на 0,8 кг CaO требуется кг воды (257 г), т.е. введенное количество воды со шлаком (348 г) вполне обеспечит полное гашение извести.

В предварительно измельченную до S = 2450 см²/г смесь добавили гидроотвальную низкокальциевую золу ТЭС от сжигания бурых углей с влажностью 10 мас. % в количестве 14,9 кг по сухой массе (74,5% от массы сухой смеси) или с учетом 10% влаги 16,56 кг, т.е. с золой введено в смесь, находящуюся в шаровой мельнице, 1,66 кг. В составе введенной в мельницу золы содержался 3,1% пережженых частиц извести, которые вследствие наличия на их поверхности стеклопленок не прогасились в гидроотвале.

Следовательно, с 16,56 кг введено пережженых частиц извести 0,51 кг (16,56 х 0,031 = 0,51 кг), на полное гашение которых требуется воды

а с золой введено 1,66 кг воды, которой вполне достаточно для гашения 0,5 кг CaO. Второй этап измельчения продолжили до получения удельной поверхности смеси 3000 см²/г. При отборе пробы смеси из мельницы на определение удельной поверхности одновременно определили влажность смеси, которая обладала свойством сыпучести.

Теоретически расчетная влажность смеси должна была составить:
1) количество остаточной воды после гашения извести на первом этапе
348 г - 257 г = 91 г H₂O;
2) количество остаточной воды после гашения пережженых частиц извести, внесенных с золой
1,66 кг H₂O - 0,51 кг H₂O = 1,15 г;
всего по расчету воды в смеси:
1,150 + 0,91 = 2,06 кг H₂O,
а сухой смеси 19,9 кг, следовательно, абсолютная влажность

Фактическая же влажность смеси составила 5,3%, т.е. примерно в два раза меньше.

Последнее объясняется экзотермическим эффектом: выделением тепла при гашении извести, под действием которого избыточная влага от гашения испаряется в виде паров, удаляется из мельницы через неплотности. Часть воды затрачивается на процесс частичной гидратации минералов граншлака (силикатов и алюминатов кальция).

Таким образом, на первом и втором этапе измельчения идет не только процесс увеличения удельной поверхности смеси и гашения извести, но и сушка ее до сыпучего состояния. Сухую сыпучую смесь с удельной поверхностью 3000 см²/г увлажнили водной суспензией, полученной введением в воду пасты - отхода производства мела в количестве 100 г (0,5% от массы сухой смеси). Приготовленную смесь формовали методом прессования, получили опытные образцы строительных изделий диаметром и высотой 7 см. Образцы одни сутки твердели во влажных условиях при температуре 20±2^o в течение 28 сут. Затвердевшую смесь в виде опытных образцов испытывали по определению наличия трещин (визуально с лупой), в том числе и после прессования, внешний вид (цвет) и прочность.

Результаты испытаний приведены в таблице (смесь и опыт N 1).

Пример 2. Опыт приготовления формовочных смесей составов 2-4 (см. таблицу) осуществляем по методике, приведенной в примере 1, но с другим соотношением компонентов и достижения удельной поверхности смеси, равной 3100 - 3200 см²/г.

Пример 3 (прототип). Опытные формовочные смеси (составы 5 и 6) приняты с наполнителем кварцевого песка и золы, аналогичным составу 1, но приготовлены эти смеси по способу прототипа, т.е. отдозированные в количестве 1 кг, молотая негашеная известь (5% от сухой массы) с удельной поверхностью 5000 см²/г, тонкомолотый с удельной поверхностью 3500 см²/г основной доменный граншлак 4,0 кг (20% от сухой массы), молотый с удельной поверхностью 2500 см²/г кварцевый песок в количестве 14,9 кг (в опыте 6 столько же взято золы и с такой же удельной поверхностью). Поместили все компоненты в шаровую мельницу и тонко измельчили до удельной поверхности 3850 см²/г, затворили смесь суспензией, полученной из 100 г сухих отходов производства мела (0,5% от сухой смеси) и воды, далее приготовили из смеси опытные образцы по методике примера 1. Результаты испытаний приведены в таблице, пример 5 и 6.

Сопоставительный анализ изготовления формовочной смеси и изделий на ее основе предлагаемым и известными способами показывает следующее.

1. Упрощается технология приготовления смеси за счет:
исключения процесса сушки перед измельчением исходных материалов (шлака мокрой грануляции, гидроотвальной золы и кварцевого песка);
уменьшения числа операций и помольных агрегатов, так как предварительное измельчение и вторичное домалывание осуществляются в одном и том же помольном аппарате, также отпадают аппарат и операция для предварительного гашения комовой извести;
cокращения длительности помола и соответственно расхода электроэнергии за счет уменьшения удельной поверхности измельчаемых материалов в 1,3-1,5 раза;
исключения в помоле полуводного гипса, так как взамен сульфата кальция (CaSO x 0,5 H₂O) применяется карбонат кальция в смеси с Ca(OH)₂ - пастообразный отход производства мела, который легко диспергирует в воде;
исключения применения автоклавной обработки. Последний заменяется процессом пропаривания;
2. В процессе прессования смеси и ее твердения при влажном естественном процессе твердения и пропаривания не образуется трещин;
3. Повышается архитектурный вид изделий - вместо темно-серого цвета изделия имеют более светлый тон, т.е. светло-серый цвет;
4. Практически не снижается, а даже увеличивается прочность изделий.

Достижение поставленной цели (трещиностойкости в процессе прессования и твердения, а также придание светлого тона спрессованным изделиям) объясняется следующими физико-механическими процессами, протекающими в процессе приготовления формовочной смеси:
1) уменьшением удельной поверхности смеси с 3700-4000 см²/г до 3000-3200, что обеспечивает более свободный выход сжатого воздуха в процессе формования смеси прессованием и, как следствие, способствует увеличению трещиностойкости;
2) при одновременном помоле извести и присутствии ее контакта с влагой процесс гашения активизируется (ускоряется), что обеспечивает гарантию не только полного ее гашения, но и гашение свободных пережженых частиц извести в составе гидроотвальной золы. Частицы пережженой CaO в золе покрыты стекловидной пленкой, которая не пропускает воду для их гашения. При помоле пленка разрушается и свободные частицы такой извести гасятся. В такой смеси отпадает процесс запоздалого гашения частиц CaO при твердении, а следовательно, и образование трещин в изделиях, сформованных на ее основе;
3) несмотря на меньшее содержание в приготавливаемой смеси негашеной извести в сравнении с составом смеси, приготавляемой по способу и прототипу (в два, три раза меньше), прочность изделий не только не снижается, но и несколько повышается. Последний эффект объясняется следующими причинами:
в процессе измельчения неактивные частицы извести в золе (пережженые) переходят в активные, также прирост Ca(OH)₂ идет за счет введенных отходов производства мела, т.е. увеличению активных частиц Ca(OH)₂ способствует предлагаемый способ;
в составе смеси прототипа ведущим является преимущественно известково-шлакокремнеземистое вещество, а в заявляемом шлакоизвестково-кремнеземистое. Последнее является более гидравлически активным;
4) достижение более светлого тона затвердевших изделий также объясняется применением предложенного способа. Известно, что при автоклавной обработке из силикатной смеси образуются светло-серые изделия типа цвета силикатного кирпича. Объясняется это образованием гидросиликатов кальция CaO x mSiO₂ x pH₂O, причем активное участие принимает в этом процессе и SiO молотого песка и золы. В процессе же пропаривания вероятность образования гидросиликатов кальция весьма мала, так как этот минерал образуется только за счет гидратации низкоосновных силикатов кальция, содержащихся в шлаке, и поэтому цвет изделий темно-серый.

В предлагаемом же способе количественно превалирует образование гидросиликатов кальция в процессе пропаривания. Объясняется это не только большим содержанием гранулированного шлака в смеси, но и образованием CaO x mSiO₂ x pH₂O в процессе тонкого измельчения в шаровой мельнице в присутствии влаги, так как при точечных ударах шаров в местах ударов развивается мгновенно-высокая температура, способствующая вступлению в реакцию тонкомолотого песка и кремнезема золы, до образования CaO x SiO, т.е. приготовленная масса до формования и пропаривания обогащается гидросиликатами кальция за счет SiO кварцевого песка или SiO золы. Процессу гидратации способствует и экзотермический эффект в объеме мелящего аппарата при гашении извести.

Повышению светлого тона способствует и отход производства мела, введенный в состав сухой смеси при ее затворении.

Заявляемый способ в сравнении с известным имеет следующие технико-экономические преимущества:
1) снижается расход электроэнергии в 1,5-2,0 раза за счет исключения сушки материалов, уменьшения удельной поверхности;
2) утилизируются низкоактивные (малокальциевые) буроугольные золы и мелкодисперсные (в том числе и мелкодисперсные некондиционные по грансоставу для бетонов) кварцевые пески с модулем крупности менее 1,0-1,5;
3) сокращается в 1,5-2,0 раза количество аппаратов (помольных, гасильных и др.);
4) утилизуется отход производства мела;
5) для получения стеновых изделий с маркой 75-1000 изделия можно формовать пустотелыми;
6) снижается себестоимость изделий за счет положительных эффектов, приведенных в пп. 1 - 4, на 20-25%.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может найти применение для изготовления штучных стеновых изделий для малоэтажных жилых и сельскохозяйственных зданий. С целью упрощения технологии изготовления формовочной смеси, а также изделий на ее основе, повышения трещиностойкости в процессе прессования и твердения при естественных условиях и пропаривании, а также улучшения архитектурного вида изделий предварительно осуществляют совместный помол комовой негашеной извести с доменным основным шлаком мокрой грануляции с расчетно-теоретической влажностью, достаточной для полного гашения извести с измельчением их до удельной поверхности более 2500 см²/г, после этого к смеси добавляют кварцевый песок или гидроотвальную низкокальциевую золу и осуществляют домалывание смеси до удельной поверхности 3000-3200 см²/г, а затворяют формовочную смесь водной суспензией отхода производства мела при следующем соотношении компонентов формовочной смеси, мас.%: доменный основной шлак мокрой грануляции 20-30; комовая негашеная известь 5,0-7,5; кварцевый песок или гидроотвальная зола 60-75; отходы производства мела 0,1-0,5. 1 табл.

Способ приготовления изделий, включающий приготовление формовочной смеси путем смешения измельченной негашеной извести с активностью не менее 75 мас. с молотым основным доменным граншлаком, кремнеземсодержащим наполнителем и кальцийсодержащей солью, затворение смеси водным раствором, формование и твердение, отличающийся тем, что предварительно осуществляют совместный помол негашеной комовой извести с доменным основным шлаком мокрой грануляции, с расчетно-теоретической влажностью, достаточной для полного гашения извести с измельчением до удельной поверхности не более 2500 см²/г, после чего к смеси добавляют кварцевый песок или гидроотвальную низкокальциевую золу и осуществляют домалывание смеси до удельной поверхности 3000 3200 см²/г, причем затворение формовочной смеси осуществляют водной суспензией кальцийсодержащей соли, в качестве которой используют отходы производства мела, при следующем соотношении компонентов от общей сухой массы формовочной смеси, мас.

Доменный основной шлак мокрой грануляции 20 30
Комовая негашеная известь 5 7,5
Кварцевый песок или гидроотвальная низкокальциевая зола 60 75
Отходы производства мела 0,1 0,5
а твердение формовочной смеси осуществляют в процессе естественного твердения или пропаривания.