МОДИФИЦИРУЮЩАЯ ДОБАВКА Российский патент 2009 года по МПК C04B7/00 C04B28/00 C04B111/20 

Описание патента на изобретение RU2371400C2

Изобретение относится строительным материалам, в частности к добавкам к цементу, бетонной смеси, строительным растворам, используемым для изготовления бетонных и железобетонных изделий, а также изделий на основе гипса.

Известна модифицирующая добавка, включающая натриевую соль сульфированного продукта конденсации отходов производства фенола на основе кумилфенола и димеров α метилстирола с формальдегидом и сульфат натрия при их массовом соотношении 1:1,3 1:1,85. (см. Паус К.Ф. и др. Использование отходов производства фенола в синтезе суперпластификаторов для бетонов. - Журнал "Нефтепереработка и нефтехимия", 1986, № 3, с.20).

Недостатком известного решения является сравнительно низкая прочность бетона.

Известна также модифицирующая добавка, выполненная из продукта переработки природного минерального сырья (см. RU 2168472, С04В 7/13, 2001). Добавка выполнена как продукт переработки дунита - магнийсиликатной породы Забайкалья и, в сочетании с минералами портландцементного клинкера, способствует интенсификации процесса гидратации и твердения цемента.

Недостаток этого технического решения - необходимость дополнительного использования гипсосодержащего компонента, для производства добавки необходима организация добычи и переработки (дезинтегрирования) сырья, что требует значительного расхода энергии, материальных и трудовых ресурсов на производство добавки. Кроме того, диапазон использования добавки ограничивается цементом одного конкретного типа.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в снижении затрат материально-технических ресурсов на производство добавки при расширении спектра применения добавки.

Технический результат - обеспечение возможности получения бетонов и/или строительных материалов более высоких марок по прочности, чем получаемые известными способами при известных технологиях формирования бетонных смесей, кроме того, снижение затрат материально-технических ресурсов на производство добавки и обеспечение эффективной утилизации отходов горно-химического (борного) производства, объем которых составляет в настоящее время свыше 15 млн. тонн. При этом отпадает необходимость завоза гипса в Дальневосточный регион, поскольку названные отходы находятся в районе Дальнегорского месторождения датолит-волластонитовых скарнов. Поставленная задача решается тем, что модифицирующая добавка из продукта переработки природного минерального сырья в качестве указанного продукта содержит хвосты серно-кислотной переработки боросодержащего минерального сырья Дальнегорского месторождения датолит-волластонитовых скарнов со сроком хранения более одного месяца состава мас.%: двуводный гипс - 61-76, аморфный кремнезем - 16-22, недоразложившиеся минералы - 4-12, борная кислота 1-2 более одного месяца, предпочтительно, после их прогрева при температуре 100-120°С, до перевода двуводного гипса в полуводный.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований, а именно взаимодействие отходов серно-кислотной переработки боросодержащего минерального сырья с компонентами бетонной смеси обеспечивает положительную реакцию на достижение технического результата - повышение прочности.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Отходы серно-кислотной переработки боросодержащего минерального сырья (Дальнегорское месторождение датолит-волластонитовых скарнов - Приморский край), входящие в состав цемента, являются тонкодисперсным материалом, содержащим CaSO4·2H2O в смеси с SiO2 следующего химического состава и незначительного количества других минеральных примесей, мас.% (см. таблицу).

Химический состав, мас.% Минералогический состав, мас.% СаО 23-28 Двуводный гипс 50-56 SiO2 20-28 Аморфный кремнезем 16-22 SO3 27-36 Недоразложившиеся минералы 4-12 B2O3 0,7-1,2 Борная кислота 1-2 Fe2O3 0,7-3,0 Ангидрит (при хранении на воздухе переходит в двуводный гипс) 11-20 H2O (кристаллическая) 12-15

Отходы - результат производственной деятельности производственного объединения «БОР» (г.Дальнегорск).

В данном техническом решении это сырье используется в качестве модифицирующей добавки впервые.

При этом признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение комплекса функциональных задач:

Признаки, указывающие, что «в качестве продукта переработки природного минерального сырья использованы хвосты серно-кислотной переработки боросодержащего минерального сырья», обеспечивают возможность вовлечения в повторное использование отходов горно-химического производства (тонкодисперсного материала - измельченного в процессе его переработки), содержащего CaSO4·2H2O в смеси с SiO2, как базовые ингредиенты, обеспечивающие повышенную активность цемента и высокую прочность цементного камня.

Признаки, указывающие, что используют хвосты «со сроком хранения более одного месяца после их вывода из процесса переработки», обеспечивают стабильность состава хвостов в отношении кальцийсодержащего компонента, который представлен в виде двуводного гипса (CaSO4·2H2O) и, тем самым позволяют утилизовать ранее накопленный массив отходов.

Указания на режим процесса термообработки сырья (предварительно подвергнутые прогреву при температуре 100-120°С) задают его параметры, необходимые для конверсии CaSO4·2H2O в CaSO4·0,5Н2О, т.е. обеспечивают возможность получения максимально активной модификации гипса, при этом снижение температуры ниже заданного предела не обеспечит достаточно быстрое обезвоживание массы, а существенное (например, свыше 120°С) превышение этого предела нецелесообразно с позиций расхода энергии на процесс и снижением выхода активной модификации гипса.

Технология получения добавки заключается в следующем.

Процедура подготовки отходов серно-кислотной переработки боросодержащего минерального сырья со сроком хранения более одного месяца (после их вывода из процесса переработки боросодержащего минерального сырья) включает их отбор из хвостохранилища, просеивание сквозь сито с сеткой N 005, соответствующей требованиям ГОСТа для производства цементов марки 400. При этом кальций, содержащий компонент добавки, фактически представляет из себя двуводный гипс (продукт разложения ангидрита, составляющего значительную часть объема хвостов, в результате его хранения на открытом воздухе и воздействия на него влаги воздуха и/или атмосферных осадков).

Далее отходы серно-кислотной переработки боросодержащего минерального сырья подвергают термообработке прогревом до 100-120°С для их обезвоживания и обеспечения конверсии CaSO4·2H2O в CaSO4·0,5Н2О. Продолжительность этой операции определяется рабочими параметрами оборудования (в основном толщиной слоя прогреваемых отходов) и для каждого типоразмера печей определяется экспериментально, с отбором и анализом проб материала на содержание CaSO4·0,5Н2О (при различных продолжительностях процесса термообработки), после чего этот параметр используется для управления операцией термообработки. Данная операция может быть реализована в рамках термического блока, обеспечивающего прогрев отходов в заданных пределах и выполненного по типу малогабаритных печей барабанного типа, используемых для обжига известняка и снабженных соответствующим комплектом контрольно-измерительной аппаратуры.

Готовую добавку фасуют известным образом и отправляют потребителю.

Процедура использования добавки не отличается от известных и соответствует использованию известных добавок с подобными целями и заключается в ее дозировании в проектных пропорциях (если добавку используют для приготовления цементов, то ее используют в пределах 4,5-9 мас.%, от массы клинкера, если добавку используют для приготовления бетонных смесей и/или строительных растворов, то ее используют в количестве 1-4% от массы раствора). Далее ее смешивают с остальными компонентами и затворяют смесь водой (целесообразно специально подготавливать эту воду, доводя ее pH не менее чем до 11 - для этого в 1 м3 воды размешивают 100 кг NaOH или 120 кг Na2CO3 или 150 кг Са(ОН)2).

Процесс укладки готовой смеси (бетона, строительного раствора и т.п.) в формы или опалубку не отличается от известных.

Для выбора оптимального состава были приготовлены бетонные смеси, отличающиеся друг от друга содержанием, модифицирующей добавки 0, 1, 2, 3, 4 от массы смеси (при этом в составе смеси содержание цемента марки 400 от массы смеси - 22%, наполнителя - 66%). Вода, pH которой доведена не менее чем до 11, - остальное).

Модифицирующую добавку в оговоренной пропорции перемешивают с цементом и мелким заполнителем - кварц - полевошпатовым песком, после чего смесь тщательно перемешивают в течение 5 мин, а затем вводят необходимое количество воды. Образцы - кубы размером 2×2×2 (дм) готовят из приготовленной смеси, при водоцементном отношении не менее 0,4 и консистенции раствора, характеризуемой расплавом конуса на встряхивающем столике не менее 105 мм. Формование образцов проводят на виброуплотняющей установке. Образцы в формах хранят 24 часа во влажных условиях, после чего подвергают термовлажностной обработке или хранят в течение 28 суток в лабораторных условиях.

Пример 1. Контрольный (модифицирующая добавка не использовалась). Через 7 суток хранения в нормальных условиях образцы испытывают на прочность. Образцы имели прочность при сжатии 13,7 МПа, среднюю плотность 1431,4 кг/м3. Также образцы хранили 28 суток в нормальных условиях. При этом прочность при сжатии составила 14,3 МПа, средняя плотность не изменилась.

Пример 2. Модифицирующая добавка, содержащая, мас.%: двуводный гипс - 73, аморфный кремнезем - 20, неразложившиеся минералы - 5, борная кислота 2 используется в количестве 2 мас.%, затворенная цементно-песчаная смесь в количестве 98 мас.%. Прочность при сжатии через 7 суток - 32,9 МПа, средняя плотность 1519 кг/м3. Прочность при сжатии через 28 суток - 39,3 МПа.

Пример 3. Модифицирующая добавка, содержащая, мас.%: двуводный гипс - 72, аморфный кремнезем - 22, неразложившиеся минералы - 5, борная кислота 1, используется в количестве 1 мас.%, затворенная цементно-песчаная смесь в количестве 99 мас.%. Rсж через 7 суток равна 40,8 МПа, Рср - 1847,5 кг/м3. Rсж после 28 суток равна 47,3 МПа.

Пример 4. Модифицирующая добавка, содержащая, мас.%: двуводный гипс - 75, аморфный кремнезем - 16, неразложившиеся минералы - 8, борная кислота 1, используется в количестве 3 мас.%, затворенная цементно-песчаная смесь в количестве 97 мас.%. Rсж через 7 суток равна 41,5 МПа, Рср - 1847,5 кг/м3. Rсж после 28 суток равна 48,7 МПа.

Пример 5. Модифицирующая добавка, содержащая, мас.%: двуводный гипс - 72, аморфный кремнезем - 22, неразложившиеся минералы - 5, борная кислота 1, используется в количестве 4 мас.%, затворенная цементно-песчаная смесь в количестве 96 мас.%. Прочность при сжатии через 7 суток равна 36,9 МПа, средняя плотность - 1849,1 кг/м3, Rсж через 28 суток равна 44,8 МПа.

Примечание: в примере 4 модифицирующую добавку используют после ее прогрева при температуре 120°С до перевода двуводного гипса в полуводный.

Предлагаемая добавка отличается от прототипа тем, что не содержит отходы обогащения руд, а содержит отходы серно-кислотной переработки боросодержащего минерального сырья.

Вышеизложенное свидетельствует о возможности осуществления изобретения с получением указанного технического результата, что позволяет сделать вывод о соответствии предложения условию "промышленная применимость".

Похожие патенты RU2371400C2

название год авторы номер документа
ЦЕМЕНТ 2007
  • Гордиенко Павел Сергеевич
  • Зорина Людмила Георгиевна
  • Колзунов Виктор Антонович
  • Коломиец Василий Иванович
  • Коломиец Ольга Ивановна
  • Шабалин Илья Александрович
  • Ярусова Софья Борисовна
  • Вялых Сергей Васильевич
RU2371404C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АНГИДРИТСОДЕРЖАЩЕГО ВЯЖУЩЕГО 2007
  • Гордиенко Павел Сергеевич
  • Зорина Людмила Георгиевна
  • Колзунов Виктор Антонович
  • Коломиец Василий Иванович
  • Коломиец Ольга Ивановна
  • Шабалин Илья Александрович
  • Ярусова Софья Борисовна
  • Вялых Сергей Васильевич
RU2371406C2
БЕТОННАЯ СМЕСЬ 2007
  • Гордиенко Павел Сергеевич
  • Зорина Людмила Георгиевна
  • Колзунов Виктор Антонович
  • Коломиец Василий Иванович
  • Коломиец Ольга Ивановна
  • Шабалин Илья Александрович
  • Ярусова Софья Борисовна
  • Вялых Сергей Васильевич
RU2371413C2
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЦЕМЕНТА 2007
  • Гордиенко Павел Сергеевич
  • Зорина Людмила Георгиевна
  • Колзунов Виктор Антонович
  • Коломиец Василий Иванович
  • Коломиец Ольга Ивановна
  • Шабалин Илья Александрович
  • Ярусова Софья Борисовна
  • Вялых Сергей Васильевич
RU2371405C2
МОДИФИЦИРУЮЩАЯ ДОБАВКА 2007
  • Гордиенко Павел Сергеевич
  • Зорина Людмила Георгиевна
  • Колзунов Виктор Антонович
  • Коломиец Василий Иванович
  • Коломиец Ольга Ивановна
  • Шабалин Илья Александрович
  • Ярусова Софья Борисовна
  • Вялых Сергей Васильевич
RU2371401C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АНГИДРИТСОДЕРЖАЩЕГО ВЯЖУЩЕГО 2007
  • Гордиенко Павел Сергеевич
  • Зорина Людмила Георгиевна
  • Колзунов Виктор Антонович
  • Коломиец Василий Иванович
  • Коломиец Ольга Ивановна
  • Шабалин Илья Александрович
  • Ярусова Софья Борисовна
  • Вялых Сергей Васильевич
RU2371407C2
БЕЗОБЖИГОВОЕ ВЯЖУЩЕЕ 1999
  • Худякова Л.И.
  • Константинова К.К.
  • Нархинова Б.Л.
  • Кислов Е.В.
  • Дамдинова Д.Р.
RU2168472C2
АНГИДРИТОВОЕ ВЯЖУЩЕЕ ИЗ ГИПСОВОГО ОСАДКА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2022
  • Аниканова Любовь Александровна
  • Саркисов Юрий Сергеевич
  • Копаница Наталья Олеговна
  • Волкова Ольга Витальевна
  • Залимов Тимур Раисович
RU2793092C1
БЕЗОБЖИГОВОЕ ВЯЖУЩЕЕ 2001
  • Худякова Л.И.
  • Константинова К.К.
  • Нархинова Б.Л.
  • Беппле Р.Р.
  • Шаракшинов А.О.
RU2212383C2
ВЯЖУЩЕЕ 1997
  • Зяблицева Е.А.
  • Цыремпилов А.Д.
  • Константинова К.К.
RU2125545C1

Реферат патента 2009 года МОДИФИЦИРУЮЩАЯ ДОБАВКА

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к добавкам к цементу, бетонной смеси, строительным растворам, используемым для изготовления бетонных и железобетонных изделий, а также изделий на основе гипса. Технический результат - повышение прочности строительных материалов и изделий. Модифицирующая добавка - продукт переработки хвостов сернокислотной переработки минерального сырья Дальнегорского месторождения датолит-волластонитовых скарнов со сроком хранения более одного месяца имеет следующий состав, мас.%: двуводный гипс 61-76, аморфный кремнезем 16-22, недоразложившиеся минералы 4-12, борная кислота 1-2, предпочтительно, после их прогрева при температуре 100-120°С до перевода двуводного гипса в полуводный. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 371 400 C2

Модифицирующая добавка из продукта переработки природного минерального сырья, отличающаяся тем, что в качестве указанного продукта использованы хвосты серно-кислотной переработки минерального сырья Дальнегорского месторождения датолит-волластонитовых скарнов со сроком хранения более одного месяца следующего состава, мас.%:
Двуводный гипс 61-76 Аморфный кремнезем 16-22 Недоразложившиеся минералы 4-12 Борная кислота 1-2,


предпочтительно после их прогрева при температуре 100-120°С до перевода двуводного гипса в полуводный.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2371400C2

МЕЩЕРЯКОВ Ю.Г
Гипсовые попутные промышленные продукты и их применение в производстве строительных материалов
- Л.: Стройиздат, 1982, с.27, 32-33, 47-48
Добавка в бетонную смесь 1980
  • Чернов Михаил Вадимович
  • Судаков Владимир Игнатьевич
SU920026A1
Комплексная добавка в бетонную смесь 1987
  • Минкевич Михаил Иванович
  • Кохановский Константин Константинович
  • Сандыбаев Сабыр Сандыбаевич
  • Ситников Василий Михайлович
  • Суетин Владимир Борисович
SU1512946A1
ЩИТОВОЙ ДЛЯ ВОДОЕМОВ ЗАТВОР 1922
  • Гебель В.Г.
SU2000A1
US 5785751 A, 27.05.1995.

RU 2 371 400 C2

Авторы

Гордиенко Павел Сергеевич

Зорина Людмила Георгиевна

Колзунов Виктор Антонович

Коломиец Василий Иванович

Коломиец Ольга Ивановна

Шабалин Илья Александрович

Ярусова Софья Борисовна

Вялых Сергей Васильевич

Даты

2009-10-27Публикация

2007-08-29Подача