СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2001 года по МПК C04B28/36 

Изобретение относится к строительным материалам, применяемым для изготовления конструкций и изделий, предназначенных для эксплуатации в агрессивных средах.

Известна бетонная смесь, включающая 5-40% от массы цемента серы с последующей пропиткой готового изделия расплавом серы с добавкой до 0,5 мас.% йода [1].

Недостатками этой смеси являются использование специально приготовленных заполнителей и наполнителей, а также низкие показатели основных свойств состава: прочность и водостойкость.

Наиболее близкой к заявляемой смеси по составу является сырьевая смесь на основе серы, включающая (мас.%): серу - 10,8-12,8; неорганический тонкомолотый наполнитель - 9-13; нефтебитуминозный песок - 4-6; кубовые остатки крекинга нефти (пластификатор) - 0,1-0,25; заполнитель основного характера - остальное [2].

Недостатками указанной смеси являются низкие показатели прочности и водостойкости, а также то, что указанная смесь включает в себя специально добываемые природные сырьевые компоненты (мас. %), такие как известняк или кварц - 4,5; полевой шпат - 9,5; кальцит - 86. При этом прочность смеси невысока, а стоимость значительна. Также недостатком является то, что заполнители неустойчивы в кислотных средах, что ограничивает области применения. Например, нельзя применять данную смесь в качестве конструкционного материала, работающего в агрессивных средах.

Целью изобретения является повышение прочности и водостойкости заявляемой смеси за счет уплотнения структуры (взаимодействия серы и железистых кеков) и снижения себестоимости за счет использования для приготовления смеси промышленных отходов.

Поставленная цель достигается тем, что заявляемая сырьевая смесь, содержащая серу, неорганический мелкодисперсный наполнитель, заполнитель, пластификатор, модифицирующую добавку, согласно изобретению содержит в качестве наполнителя железистые кеки, в качестве заполнителя шлаковые щебень и песок, в качестве пластификатора нефтяной битум, а в качестве модифицирующей добавки йод при следующем содержании компонентов, мас%:
Сера - 13-18
Щебень шлаковый - 46,5-51,3
Песок шлаковый - 23,5-24,2
Железистые кеки - 10,7-11,6
Битум нефтяной - 0,2-0,7
Йод - 0,1-0,2
Для приготовления заявляемого состава применяются:
- шлаковый щебень и шлаковый песок, отличающиеся фракционным составом и имеющие весьма развитую пористую поверхность, в порах которых плотно кольматируется тонкодисперсный наполнитель. Химический состав (мас.%): SiO₂ - 39, Al₂O₃ - 8, Fe₂O₃ - 38, CaO - 6, MgO - 6, примеси - 3. Плотность 1,54-1,85 г/см³, прочность 7-10 МПа;
- железистые кеки /Fe(OH)SO₄/ представляют собой тонкодисперсный материал с удельной поверхностью 7400 см²/г и размерами зерен менее 74 мкм, полученный при очистке железо-кобальтовой пульпы от гидроксида железа. Железистые кеки являются инертным продуктом, вступающим в реакцию при температуре выше 300^oC только с концентрированной соляной кислотой [3]. Инфракрасная спектроскопия показала, что кислотостойкость железистых кеков составляет 0,98-0,99;
- сера техническая комовая или газовая, отвечающая требованиям ГОСТ 127-76;
- битум нефтяной ТУ 18 РСФСР 925-85;
- йод технический ГОСТ 545-76Е.

Высокие прочностные показатели заявленного состава заключаются в том, что кристаллические модификации серы удачно сочетаются с тонкодисперсностью кеков, упрочняя структуру. Сера имеет несколько аллотропных модификаций, две из которых α- и β-кристаллическая сера. Обе содержат гофрированные кольца S₈ с расстоянием S-S 2,05 и углом S-S-S 108^o, которые расположены один над другим, образуя столбики. Эти столбики, в свою очередь располагаясь параллельно один другому, образуют слои, причем столбики каждого следующего слоя расположены перпендикулярно направлению столбиков предыдущего слоя. Дисперсность кеков вполне подходит для заполнения полостей столбиков и упрочнения структуры.

Помимо α- и β-кристаллических форм серы в расплаве при температуре выше 160^oС формируется модификация μ-сера, а именно полимерной серы. В застывшем расплаве образуется трехкомпонентная система, в которой под действием нагрузок полимерная сера, растягиваясь, деформируется и перераспределяет напряжения на наиболее высокомодульный компонент - кристаллические модификации α- и β-серы.

Сырьевую смесь для изготовления строительных конструкций и изделий получают следующим образом: в обогреваемую мешалку принудительного действия загружают оптимально подобранное количество предварительно нагретых до 160^oC щебня фракцией до 10 мм и песка с крупностью зерен до 3 мм, затем добавляют расплавленную отдозированную смесь из серы, железистого кека, битума и йода, нагретых до 160-180^oC. Все тщательно перемешивается 1,5-2 мин и выгружается в формы или бетоноукладчик. Полученный расплав сырьевой смеси достаточно подвижен (литой, осадка конуса более 15 см), поэтому он не нуждается в дополнительном уплотнении. Приготовление сырьевой смеси для изготовления строительных конструкций и изделий на их основе может осуществляться при температуре воздуха от -40^oC до 60^oC.

Состав заявляемой смеси представлен в табл. 1, а преимущества заявляемой смеси по сравнению с прототипом представлены в табл.2.

Применение заявляемой смеси позволит улучшить физико-механические свойства, снизить себестоимость, решить экологические проблемы (утилизация отходов).

Литература
1. Орловский Ю. И., Мовчан Н.И., Манзай В.П., Юрьева Е.В. Способ изготовления бетонных изделий. Авторское свидетельство N 885229, C 04 B 28/36, М., 1980.

2. Шестеркина Н.Ф., Волгушев А.Н., Чощшиев К.Ч., Тегелякова Я.К., Сотарлыев И. Сырьевая смесь для изготовления строительных конструкций и изделий. Авторское свидетельство N 1650637, C 04 B 28/36, М., 1989.

3. Кухаренко Л.В. и др. Строительный раствор для защиты ограждающих конструкций промышленных зданий. Авторское свидетельство N 1678806, МКИ 4 C 04 B 13/02, М., 1991.1

Изобретение относится к составу сырьевой смеси для изготовления строительных конструкций и может найти применение в промышленности строительных материалов. Технический результат - повышение прочности и водостойкости. Сырьевая смесь для изготовления строительных конструкций состоит из серы, шлаковых щебня и песка, нефтяного битума, йода, железистого кека - промышленного отхода хлорно-кобальтового цеха никелевого завода, имеющего невысокую себестоимость. 2 табл.

Сырьевая смесь для изготовления строительных конструкций и изделий, включающая серу, неорганический мелкодисперсный наполнитель, заполнитель, пластификатор, отличающаяся тем, что она содержит в качестве заполнителя шлаковые щебень и песок, в качестве наполнителя - железистый кек, в качестве пластификатора - нефтяной битум и в качестве модифицирующей добавки - йод при следующем содержании компонентов, мас.%:
Сера - 13-18
Щебень шлаковый - 46,5-51,3
Песок шлаковый - 23,5-24,2
Железистые кеки - 10,7-11,6
Битум нефтяной - 0,2-0,7
Йод - 0,1-0,2