СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕГКИХ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ БЕТОНА И СПОСОБ ИХ ПРОИЗВОДСТВА Российский патент 2011 года по МПК C04B18/06 C04B20/06 

Область техники

Изобретение относится к технологии изготовления особо легких заполнителей для бетонов из широко распространенных отходов деятельности горнодобывающих предприятий - щебеночных отсевов и каменной пыли гранитов.

Уровень техники

На территории России накопилось несколько десятков млрд. тонн щебеночных отсевов и каменной пыли гранитов, так как граниты являются наиболее распространенными интрузивными магматическими породами и обычно разрабатываются для производства щебня. Организация промышленного производства легких заполнителей из таких отходов переработки гранитов позволила бы изготавливать на их основе крупные стеновые панели, удовлетворяющие требованиям СНиП 23-02-03 «Тепловая защита зданий» своей низкой теплопроводностью и строить из этих панелей недорогие квартиры в крупнопанельных домах, что способствовало бы успешному выполнению Государственной программы «Доступное жильё».

Как известно, граниты выплавляются из глубин Земли при температуре около 1000°С, так как их состав близок к низкоплавкой эвтектике кварц-альбит-ортоклаз. Граниты плавятся при более низкой температуре, чем запесоченные глины и суглинки, поэтому граниты представляют собой более подходящее сырье для производства легких заполнителей бетона, чем глинистые породы, из которых производится керамзит, являющийся традиционным легким заполнителем для бетонов. В силу такой традиции имеется очень мало работ, посвященных использованию гранитов для изготовления легких заполнителей бетонов.

В патенте SU 1520035 /1/ описана сырьевая смесь для получения легкого заполнителя, состоящая из (в мас.%): отходов добычи и переработки гранита 54-77; глины 20-40; углефторсодержащих отходов алюминиевого производства 1,5-3; органической добавки (гумбрин, нефтешлам, СДБ) 1,5-3. Заполнитель имеет насыпную плотность 300-460 кг/м³, прочность при сдавливании в цилиндре 1,2-2,8 МПа, водопоглощение 8-12%. Недостатком этого заполнителя является высокое водопоглощение, а производство такого заполнителя из предложенной сырьевой смеси будет вредно для окружающей среды, так как входящие в состав этой смеси отходы алюминиевого производства содержат 10-25 мас.% фтора.

В патенте SU 1813080 /2/ описана сырьевая смесь для получения пористого заполнителя, которая содержит (в мас.%) кремнеземсодержащую горную породу 95-98, шлак производства ферросилиция 2-5. Одна из заявленных здесь сырьевых смесей представлена 95 мас.% гранита и 5 мас.% шлака от производства ферросилиция. Из этой смеси получен пористый заполнитель с насыпной плотностью 300 кг/м³, прочностью при сдавливании в цилиндре 1,2 МПа и водопоглощением 0,7%.

Недостатком этой сырьевой смеси является необходимость измельчать шлак от производства ферросилиция до 6 м²/г, что является, учитывая высокую твердость и абразивность шлака, сложной и дорогой технической операцией. Кроме того, сырцовые гранулы для производства заполнителя изготавливают пластическим способом, для чего шихту увлажняют до влажности 16-17%, формуют из нее сырцовые гранулы, а затем их сушат, что ведет к повышению энергоемкости производства.

Наиболее близким аналогом для заявляемого изобретения является патент SU 1730075 /3/, в котором описана сырьевая смесь для изготовления пористого заполнителя, состоящая из (в мас.%) отсевов дробления диоритов 99,5-99,8 и газообразователя (карбида кремния) 0,2-0,5. Из этой смеси получен пористый заполнитель с насыпной плотностью 250-300 кг/м³, прочностью при сдавливании в цилиндре 1,8-2,0 МПа и с водопоглощением 0,3-1%. Таким образом, предложенная сырьевая смесь обеспечивает получение из нее пористого заполнителя высокого качества, однако главный компонент этой смеси - диориты распространены в природе меньше, чем граниты и потому разрабатываются для изготовления щебня реже, чем граниты, что ограничивает возможность широкого распространения заявленной технологии. Сырцовые гранулы в рассматриваемом патенте предлагается изготавливать пластическим способом с предварительным увлажнением шихты до 16-17%, а затем сушкой сырцовых гранул, что усложняет технологию и увеличивает ее энергоемкость. Кроме того, карбид кремния, используемый в предложенной сырьевой смеси, является товарным продуктом с высокой стоимостью. Равномерность распределения карбида кремния в шихте рассматривается как одно из основных условий для образования в заполнителе закрытых пор одинакового размера, что и определяет высокое качество этого заполнителя, однако в описании не указано, как решается эта сложная техническая задача по равномерному распределению 0,2-0,5 мас.% карбида кремния среди 99,5-99,8 мас.% диоритов.

Задача изобретения

Задача изобретения состоит в разработке состава сырьевой смеси для легких заполнителей бетонов типа гранулированного пеностекла из щебеночных отсевов и каменной пыли гранитов, являющихся отходами от изготовления щебня, причем эти заполнители должны иметь насыпную плотность 300-350 кг/м³ и замкнутую пористость, обеспечивающую их низкое водопоглощение, использование более дешевого газообразователя и его равномерное распределение в шихте за счет особого способа тщательного перемешивания основного компонента шихты и газообразователя, а также удешевление способа изготовления сырцовых гранул заполнителя путем их прессования по сравнению с наиболее близким аналогом (патент SU 1730075).

Раскрытие изобретения

Поставленная задача решается за счет того, что в известной сырьевой смеси для производства легких заполнителей бетонов, содержащей магматическую породу кислого состава и газообразователь, в качестве магматической породы кислого состава использованы отходы переработки гранитов, например каменная пыль и щебеночные отсевы, с размером зерен 80-120 мкм, а в качестве газообразователя используется шлам карбида кремния неабразивный, размер зерен которого не превышает 60 мкм, при следующем соотношении компонентов (мас.%): отходы переработки гранитов 96-98,5, шлам карбида кремния неабразивный 1,5-4.

Способ производства легких заполнителей бетонов из предлагаемой сырьевой смеси, включающий гомогенизацию исходных компонентов сырьевой смеси путем их перемешивания и изготовление сырцовых гранул, и их обжиг, отличается тем, что гомогенизацию производят путем последовательного многоступенчатого смешивания исходных компонентов, при котором на первой ступени смешивают весь шлам карбида кремния с равным весовым количеством отходов переработки гранитов, а на каждой следующей ступени к полученной гомогенной смеси добавляют равное ей по весу количество отходов переработки гранитов, затем смесь увлажняют до влажности 2% и прессуют при давлении 3-4 МПа для получения сырцовых гранул, после чего производят их обжиг при температуре 1180-1210°С для вспенивания гранул.

Обоснование введенных признаков

Из теоретических и экспериментальных данных известно (Демидович Б.К. Пеностекло. Минск. Наука и техника, 1975. 248 с.) /4/, что прочное пеностекло с мелкими газовыми пузырьками и закрытой пористостью получается из такой шихты, расплавы которой имеют вязкость не менее 10³ Па·с.Такой высокой вязкостью обладают расплавы гранитов (Персиков Э.С. Вязкость магматических расплавов. М.: Наука, 1984. 160) 151, поэтому они могут служить хорошим сырьем для производства пеностекла. Граниты являются наиболее распространенными интрузивными породами и очень часто разрабатываются для изготовления щебня, поэтому промышленное производство легких заполнителей бетонов типа гранулированного пеностекла из измельченных щебеночных отсевов и каменной пыли гранитов будет полностью обеспечено необходимым сырьем.

Экспериментально установлено, что при крупности зерна гранитной шихты более 120 мкм получаются заполнители с насыпной плотностью 400-500 кг/м³. Измельчение щебеночных отсевов до размера зерен менее 80 мкм существенно не улучшает качество заполнителей.

Предел крупности зерна карбида кремния (не более 60 мкм) определен также из экспериментальных данных, показывающих, что тонкость помола газообразователя должна быть выше, чем основной гранитной шихты, что облегчает капсюлирование частиц газообразователя.

Использование в качестве газообразователя дешевого шлама карбида кремния неабразивного, являющегося, например, побочным продуктом производства ОАО «Волжский абразивный завод» (причем 60% зерен этого шлама имеют размер менее 60 мкм) вместо дорогого абразивного порошка карбида кремния, как в патенте SU 1730075, снижает себестоимость продукции.

Равномерное распределение газообразователя в шихте, необходимое для получения легкого пеностекольного заполнителя бетонов с мелкими замкнутыми порами, достигаемое предлагаемым способом, обеспечивает высокое качество конечного продукта.

Низкий уровень увлажнения (до 2%) и прессование при давлении 3-4 МПа для получения сырцовых гранул делает предлагаемый способ менее энергоемким, чем изготовление сырцовых гранул пластическим способом, принятым в патенте SU 1730075, по которому шихту увлажняют до 16-17%, из нее формируют гранулы, а затем их сушат.

Изготовление сырцовых гранул методом прессования без значительного увлажнения шихты позволяет упростить обжиг гранул, исключив процесс их сушки, который является сложной технической операцией, так как недосушенные гранулы могут разрушиться при обжиге, а пересушенные гранулы рассыпятся в порошок, не дойдя до зоны обжига в печи.

Примеры приготовления сырцовой смеси и легкого заполнителя бетонов

Пример 1. Исходными компонентами приготовления сырьевой смеси служили каменная пыль и щебеночные отсевы гранитов, измельченные до 80-120 мкм и шлам карбида кремния неабразивный с размером зерен менее 60 мкм, взятые в соотношении (мас.%) 98:2 соответственно.

На начальной стадии указанные компоненты смешивали в весовом соотношении 1:1 в течение 10 минут, затем добавляли отсевы гранитов в количестве, равном весу смеси и вновь производили перемешивание, процесс повторяли до полного исчерпания отсевов гранитов, каждая стадия смешивания занимала около 10 мин. Затем распылением воды из пульверизатора в количестве 2 мас.% от общего веса шихты при одновременном перемешивании шихты производили увлажнение смеси в тачение 10 мин.

Прессование осуществляли при давлении 3-4 МПа гранул в виде таблеток диаметром 10 мм и высоты 10 мм.

Вспенивание спрессованных гранул из измельченных отходов гранитов и шлама карбида кремния неабразивного производилось при температуре 1180-1210°С. При этом был получен заполнитель для легких бетонов типа гранулированного пеностекла с насыпной плотностью 276 кг/м³, прочностью при сдавливании в цилиндре 1,13 МПа и водопоглощением 3%.

Подобно примеру 1 получали сырьевую смесь и легкий заполнитель бетонов для других заявляемых соотношений компонентов. Результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1 Содержание компонентов, мас.% Физико-механические показатели легкого заполнителя температура вспенивания, °С насыпная плотность, кг/м³ Прочность при сдавливании в цилиндре, МПа Водопоглощение, % Гранит 98 Шлам карбида кремния неабразивный 2 1200 276 1,13 3,0 Гранит 96% Шлам карбида кремния неабразивный 4% 1180 205 0,72 6,4 Гранит 98,5 Шлам карбида кремния неабразивный 1,5% 1210 310 1,55 1,8

Источники информации

1. Патент SU 1520035 от 22.04.1987; С04В 18/04.

2. Патент SU 1813080 от 04.04.1991; С04В 14/04, 18/04.

3. Патент SU 1730075 от 10.04.1990; С04В 18/04.

4. Демидович Б.К. Пеностекло. Минск. Наука и техника, 1975, 248 с.

5. Персиков Э.С. Вязкость магматических расплавов. М.: Наука, 1984, 160 с.

Изобретение относится к технологии изготовления особо легких заполнителей для бетонов из широко распространенных отходов деятельности горнодобывающих предприятий. Технический результат - получение дешевых заполнителей с насыпной плотностью 205-310 кг/м³ и замкнутой пористостью, обеспечивающей их низкое водопоглощение. Сырьевая смесь для получения легких заполнителей бетона содержит, мас.%: отходы переработки гранитов с размером зерен 80-120 мкм 96-98,5, шлам карбида кремния неабразивный, размер зерен которого не превышает 60 мкм, 1,5-4. В способе производства легких заполнителей бетонов из указанной выше смеси производят гомогенизацию путем последовательного многоступенчатого смешивания исходных компонентов, при котором на первой ступени смешивают весь шлам карбида кремния с равным весовым количеством отходов переработки гранитов, а на каждой следующей ступени к полученной гомогенной смеси добавляют равное ей по весу количество отходов переработки гранитов, затем смесь увлажняют до влажности 2% и прессуют при давлении 3-4 МПа для получения сырцовых гранул, после чего производят их обжиг при температуре 1180-1210°С для вспенивания гранул. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

1.Сырьевая смесь для получения легких заполнителей бетона, содержащая магматическую породу кислого состава и газообразователь, отличающаяся тем, что в качестве магматической породы кислого состава используются отходы переработки гранитов с размером зерен 80-120 мкм, а в качестве газообразователя - шлам карбида кремния неабразивный, размер зерен которого не превышает 60 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас.%: отходы переработки гранитов 96-98,5, шлам карбида кремния неабразивный 1,5-4.

2. Способ производства легких заполнителей бетонов из смеси по п.1, включающий гомогенизацию исходных компонентов смеси путем их перемешивания, изготовление сырцовых гранул и их обжиг, отличающийся тем, что гомогенизацию производят путем последовательного многоступенчатого смешивания исходных компонентов, при котором на первой ступени смешивают весь шлам карбида кремния с равным весовым количеством отходов переработки гранитов, а на каждой следующей ступени к полученной гомогенной смеси добавляют равное ей по весу количество отходов переработки гранитов, затем смесь увлажняют до влажности 2% и прессуют при давлении 3-4 МПа для получения сырцовых гранул, после чего производят их обжиг при температуре 1180-1210°С для вспенивания гранул.