СТРОИТЕЛЬНАЯ СМЕСЬ И СПОСОБ ЕЕ ПРИГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК C04B28/16 C04B111/20 C04B40/00 

Изобретение относится к строительным материалам с использованием в качестве вяжущего сульфата кальция, а именно к строительным смесям на основе вяжущего - ангидрита, и может найти применение для производства листовых строительных изделий, каркасных конструкций и других изделий и конструкций.

Известны строительные смеси (далее - смесь) на основе гипсового вяжущего, а именно гипсовые, гипсоцементные и порогипсовые (X.Брюкнер, Е.Дейлер и др. Гипс: Изготовление и применение гипсовых строительных материалов /Пер. с нем. под ред. В.Б.Ратинова/, М.: Стройиздат, 1981 г., с.8-30). В практике работы отечественных и зарубежных предприятий строительных материалов наибольшее распространение получила гипсовая смесь на основе строительного гипса, поскольку она обладает определенными преимуществами: быстрым схватыванием, достаточной прочностью готовых изделий, простотой приготовления, эта смесь и принята за прототип предлагаемого изобретения.

Основными компонентами сырьевой гипсовой смеси являются:

- вяжущее - строительный гипс,

- ускоритель или замедлитель схватывания смеси - молотый гипсовый камень, соли одновалентных металлов, сульфаты калия и натрия и др.,

- пластификатор - сульфитный щелок, вискомин, известь и др.,

- заполнитель-гравий, песок, пемза, керамзит, опилки и др.,

- вода.

Для придания готовым строительным изделиям определенных физико-механических характеристик в гипсовую смесь дополнительно вводят различные армирующие материалы и активные добавки. Так для увеличения прочности на растяжение и изгиб изделий в смесь включают сечку волокнистых материалов из расплава стекла, нитей растительного происхождения и металлов для повышения влагостойкости - гидрофобизаторы и т.д.

Существенный недостаток гипсовых смесей - дороговизна вяжущего и некоторых добавок, а также использование природного минерального сырья.

Поставлена задача: использовать в качестве основных компонентов смеси более дешевые материалы, преимущественно промышленные отходы различных производств.

Эта задача решена следующим образом. Строительная смесь состоит из нижеследующих компонентов, взятых в соотношении (вес.ч.):

- кислый сульфаткальциевый отход производства фтористого водорода - 100;

- серная кислота (концентрация 10-98%) - не более 16 в пересчете на 100%-ную указанную кислоту;

- молотый карбидный ил - 5-40;

- ускоритель схватывания (смесь отработанных реагентов кислотных и щелочных аккумуляторов) - 1,0-2,0;

- пластификатор (сульфонол) - не более 0,1;

- заполнитель (молотый золошлак ТЭС) - 5,0-50,0;

- вода - 14,0-50,0.

Для повышения механической прочности на изгиб продукта твердения смеси в нее дополнительно вводят рубленое волокно или сечку пленки из синтетического полимера, например, полиэтилентерефталата не более 30,0 вес.ч.

Пример осуществления. Строительную смесь готовили из следующих компонентов, взятых в соотношении (вес.ч.):

- кислый сульфаткальциевый отход производства фтористого водорода - 100;

- серная кислота (концентрация 94%) в пересчете на 100% - 10;

- молотый карбидный ил - 10;

- высушенная смесь отработанных реагентов свинцовых и щелочных аккумуляторов - 1,60;

- сульфонол - 0,012;

- молотый золошлак ТЭС - 32;

- вода-29.

С целью определения прочности строительных изделий из вышеупомянутой смеси были изготовлены кубики размером 40×40×40 мм. Испытания показали, что после просушки в течение 7 суток при температуре 25-28°С прочность на сжатие изготовленных образцов составила 4,5 МПа, а после 28 суток - 6,0 МПа.

Указанная прочность достаточна для изготовления различных самонесущих строительных изделий и конструкций, например, штукатурных растворов, плит сухой штукатурки, листовых облицовочных изделий, каркасных конструкций.

Преимущества изобретения:

- снижается стоимость компонентов и смеси в целом;

- утилизируются вредные промышленные отходы, содержащие кислоты, щелочи, фтористые соединения и др., наносящие экологический ущерб окружающей среде;

- экономятся природные минеральные ресурсы.

Известен периодический способ приготовления строительной смеси на основе гипсового вяжущего (X.Брюкнер, Е.Дейлер и др. Гипс: Изготовление и применение гипсовых строительных материалов /Пер. с нем. под ред. В.Б.Ратинова/ М.: Стройиздат, 1981 г., с.102-110). Способ заключается в том, что во вращающуюся мешалку периодического действия, наполненную определенным количеством жидкого компонента смеси, в частности водой, равномерно загружают дозированное количество твердых компонентов, в том числе строительный гипс, ускоритель схватывания, заполнитель и др., и, при необходимости, армирующий материал, например рубленое стекловолокно. При этом не имеет значения очередность внесения в мешалку твердых компонентов. Смесь перемешивают до образования гомогенной массы и выгружают из мешалки. Указанный процесс многократно повторяется.

Этот способ достаточно эффективен в производстве строительных материалов на малых предприятиях при условии, что вяжущее поставляется в готовом виде и обладает заданными прочностными характеристиками, чтобы из него можно было приготовить строительную смесь с требуемыми физико-химическими свойствами. Если же в качестве исходного материала для получения вяжущего применить кислый сульфат кальциевый отход (СКО) производства фтористого водорода, который характеризуется малым содержанием водорастворимого сульфата кальция (2-18 мас.%) и наличием серной кислоты (0,8-10 мас.%), то его необходимо сначала активировать. Активировать можно путем действия на СКО серной кислотой, с последующей нейтрализацией щелочным кальций содержащим компонентом, что вызывает увеличение содержания в смеси водорастворимого сульфата кальция.

Поставлена задача - непосредственно применить кислый СКО в технологическом процессе приготовления строительной смеси.

Эта задача решена следующим образом. В мешалку загружают определенное количество измельченного кислого СКО производства фтористого водорода и заливают концентрированную серную кислоту из расчета, чтобы суммарное количество кислоты в смеси с учетом имеющейся в СКО, составлял не менее 12 мас.%. Смесь усредняют путем перемешивания, добавляют нейтрализатор - кальцийсодержащий щелочной или карбонатный реагент, например, карбидный ил, до достижения значения рН смеси (7-9), а затем воду и перемешивают, затем остальные компоненты: ускоритель схватывания (смесь отработанных электролитов кислотных и щелочных аккумуляторов), заполнитель (молотый золошлак ТЭС), пластификатор (сульфопол) и, при необходимости, рубленое волокно или сечку пленки из синтетического полимера. Смесь перемешивают до образования гомогенной массы, затем выгружают из мешалки.

Приготовление строительной смеси проводят в две стадии: на первой стадии активируют сульфат кальция с целью повышения его водорастворимой модификации при помощи процесса нейтрализации кальцийсодержащим щелочным или карбонатным реагентом содержащейся в СКО серной кислоты, на второй стадии, используя в качестве вяжущего активированный и нейтрализованный сульфаткальциевый отход, готовят строительную смесь.

На первой стадии измельченный до размеров частиц не более 1,25 мм кислый СКО (100) вес.ч. загружают в работающую мешалку периодического действия. При этом кислый СКО имеет следующий состав (мас.%): CaSO₄ намертвообожженный - (96,7-68,4), CaSO₄ водорастворимый - (2,0-18,0), H₂SO₄ - (0,8-10,0), CaF₂ - (0,5-3,0), Са(SO₃F)₂ - до 0,6. В этот СКО добавляют серную кислоту с концентрацией (10-98) мас.% в таком количестве, чтобы суммарная масса кислоты, с учетом имеющейся в кислом СКО, составляла 12-18 мас.% (в пересчете на 100%-ую серную кислоту) (не более 16 вес.ч.), затем смесь перемешивают и в нее засыпают молотый карбидный ил в пересчете на сухую массу в количестве (5,0-40,0) вес.ч., приливают воду в количестве (14,0-50,0) вес.ч., снова перемешивают. В полученную смесь подают остальные компоненты строительной смеси, а именно (вес.ч.): молотый золошлак ТЭС с размерами частиц не более 1,0 мм или иной пористый заполнитель, например, молотый керамзит - (5,0-50,0), пластификатор сульфонол или его аналог - волгонат (не более 0,1), после чего добавляют отработанный электролит щелочных и кислотных аккумуляторов - КОН с концентрацией (10-12) мас.%, чтобы количество сульфата калия, образовавшегося в результате химического взаимодействия калиевой щелочи с серной кислотой, составило (1,0-2,0) мас.% относительно массы СКО (или (5,0-15) мас.% относительно водорастворимого сульфата кальция). При необходимости в мешалку засыпают армирующий волокнистый материал, в качестве которого используют сечку пленки или рубленое волокно (нити) синтетического полимера, например, полиэтилентерефталата, капролактама, полипропилена, поливинилхлорида и др., с поперечным размером волокон до 0,5 мм (5,0-50,0). Длина волокон принимается из расчета, чтобы она была на 2-3 мм меньше, чем толщина изготавливаемого из смеси строительного изделия, например листового. Можно применить рубленое волокно из минерального вещества, например расплава базальта, шлака и др.

Во время приготовления исходной ангидритовой строительной смеси происходят следующие химические реакции:

Образовавшийся сульфат калия является ускорителем схватывания ангидритового вяжущего с одновременным увеличением его прочностных характеристик. В качестве ускорителя схватывания ангидритового вяжущего могут быть использованы соли широко распространенных одновалентных или смесь одно- и трехвалентных металлов, например, соли натрия, калия, водорастворимые соединения железа, алюминия или смесь отработанных аккумуляторных (сернокислотных и щелочных) электролитов (в виде раствора или высушенная). Продукт взаимодействия серной кислоты и гидроксида кальция - ангидрит, образуется в водорастворимой форме и тем самым также увеличивает прочность получаемых ангидритовых строительных изделий.

Количество карбидного ила должно быть достаточным, чтобы полностью нейтрализовать (рН 7-9) имеющуюся в смеси серную кислоту, а количество воды для затворения должно быть таким, чтобы строительная смесь соответствовала заданной подвижности строительного раствора.

После того, как все компоненты строительной смеси загружены в мешалку, смесь перемешивают до получения гомогенной массы, а затем выгружают. Далее вышеизложенный процесс приготовления строительной смеси повторяют.

Пример осуществления. В мешалку периодического действия засыпали 140 кг порошка кислого сульфаткальциевого отхода с содержанием серной кислоты 5 мас.%, размер гранул которого не превышал 1,25 мм, с целью активации сульфаткальциевого вяжущего, приливали 8 литров серной кислоты концентрацией 94 мас.% и перемешивали на протяжении 1 минуты, затем загружали 14 кг порошкообразного карбидного ила, приливали 40 литров воды и перемешивали. В полученную смесь добавляли 45 кг золошлака Томской ТЭЦ, размеры частиц которого не превышали 1 мм, 2,25 кг высушенной смеси отработанных сернокислотных и щелочных аккумуляторных электролитов, после чего перемешивали указанную смесь компонентов в течение 3 мин. Из приготовленной строительной смеси были получены отделочные ангидритошлаковые плиты, удовлетворяющие требованиям к листам ГКЛ (гипсокартонные листы).

Положительный эффект: разработан способ приготовления строительной смеси, сущность которого заключается в том, что кислый сульфаткальциевый отход производства фтористого водорода непосредственно используется в технологическом процессе приготовления смеси. Это позволяет упростить технологическую схему получения строительной смеси, кроме того, имеет важное значение в условиях работы малых предприятий по производству строительных материалов. Немаловажное значение имеет и тот факт, что строительная смесь готовится практически из производственных и бытовых отходов, что позволяет улучшать экологические условия региона.

Изобретение относится к составу строительных смесей и способу их приготовления с использованием различных промышленных отходов. Технический результат - снижение стоимости строительных смесей и изделий из них, экономия природного минерального сырья и улучшение экологической обстановки. Строительная смесь, включающая вяжущее на основе сульфата кальция, ускоритель схватывания, пластификатор, заполнитель и воду, в качестве указанного вяжущего содержит измельченный кислый сульфат кальциевый отход производства фтористого водорода, активированный и нейтрализованный соответственно 10-98%-ной серной кислотой не более 16 вес.ч. (в пересчете на 100%-ную указанную кислоту) и молотым карбидным илом 5,0-40,0 вес.ч. (в пересчете на сухую массу) на 100 вес.ч. указанного отхода, а в качестве ускорителя схватывания - высушенную смесь отработанных электролитов кислотных и щелочных аккумуляторов, в качестве пластификатора - сульфонол, в качестве заполнителя - молотый золошлак ТЭС при следующем соотношении компонентов, вес.ч.: указанный кислый сульфат кальциевый отход - 18-85, указанный ускоритель - 1,0-2,0, указанный пластификатор - 0,0-0,1, молотый золошлак ТЭС - 5,0-50,0, вода - 14,0-50,0. Смесь может содержать сечку пленки или рубленое волокно синтетического полимера не более 30,0 вес.ч. В способе приготовления строительной смеси, заключающемся в равномерном смешивании в роторной мешалке периодического действия дозированного количества вяжущего на основе сульфата кальция, ускорителя схватывания, пластификатора, заполнителя и воды, для приготовления строительной смеси вышеуказанного состава в работающую мешалку засыпают измельченный кислый сульфат кальциевый отход производства фтористого водорода, после чего добавляют серную кислоту, смесь перемешивают, затем в неё засыпают молотый карбидный ил, заливают воду и в образовавшуюся суспензию вяжущего последовательно вводят молотый золошлак ТЭС, высушенную смесь отработанных электролитов кислотных и щелочных аккумуляторов и сульфонол, затем полученную смесь гомогенизируют. 2 н. и 2 з.п. ф-лы.

1. Строительная смесь, включающая вяжущее на основе сульфата кальция, ускоритель схватывания, пластификатор, заполнитель и воду, отличающаяся тем, что в качестве указанного вяжущего она содержит измельченный кислый сульфат - кальциевый отход производства фтористого водорода, активированный и нейтрализованный соответственно 10-98%-ной серной кислотой не более 16 вес.ч. (в пересчете на 100%-ную указанную кислоту) и молотым карбидным илом 5,0-40,0 вес.ч (в пересчете на сухую массу) на 100 вес.ч. указанного отхода, в качестве ускорителя схватывания - высушенную смесь отработанных электролитов кислотных и щелочных аккумуляторов, в качестве пластификатора - сульфонол, в качестве заполнителя - молотый золошлак ТЭС при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:

Указанный кислый сульфат кальциевый отход 18-85 Указанный ускоритель 1,0-2,0 Указанный пластификатор 0,0-0,1 Молотый золошлак ТЭС 5,0-50,0 Вода 14,0-50,0