СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕНОВЫХ И СТРОИТЕЛЬНЫХ КАМНЕЙ Российский патент 2011 года по МПК C04B28/08 B28B3/00 

Изобретение относится к строительным материалам, а именно к составам смесей для приготовления стеновых и строительных камней методом прессования, и направлено на оптимизацию вещественного состава и повышение качества изделий.

Известна легкая бетонная смесь, включающая портландцемент, пористый заполнитель - обожженный пористый песок из кремнеземистого мергеля, природный кварцевый песок [1].

Наиболее близкой к заявленной является сырьевая смесь для приготовления легкого бетона, включающая цемент, золу, растворенный пенообразователь, химическую добавку и пористый заполнитель - гранулированное пеностекло шарообразной формы [2].

Недостатки этих смесей заключаются в использовании искусственных заполнителей бетона, а именно обожженного пористого песка и пеностекла. Производство этих заполнителей является сложным и дорогим, что резко повышает стоимость продукции. Полученные изделия из этих смесей обладают высокой теплопроводностью и требуют повышенного расхода связующего, например цемента. Пеностекло практически не вяжется цементом. Изделия из известных сырьевых смесей обладают низкой механической прочностью.

Известен вибропрессовый способ изготовления стеновых и строительных камней, сущность которого заключается в укладке сырьевой смеси в форму с последующим вибрированием смеси и уплотнением путем прессования [3]. Недостаток вибропрессового способа изготовления заключается в том, что при вибрировании формы с бетоном происходит расслоение бетонной смеси, и на дно оседают наиболее тяжелые частицы (например, песок), а легкие частицы (например, обожженный пористый песок и гранулированное пеностекло шарообразной формы) концентрируются в верхней части формы. В результате нижняя часть изделия является более плотной и более прочной, чем верхняя часть изделия.

Задача, решаемая изобретением, состоит в повышении механической прочности, усреднении состава бетона в изделии, снижении плотности и теплопроводности строительных камней.

Технический результат, полученный при осуществлении изобретения, заключается в оптимизации вещественного состава строительной смеси, равномерности состава в объеме строительных камней и снижении теплопроводности изделий.

Для достижения указанного технического результат сырьевая смесь для изготовления стеновых и строительных камней методом вибропрессования содержит бесклинкерное шлакощелочное вяжущее, в качестве заполнителя - горный песок состава, мас.%: SiO₂ 34,1-39,9; Аl₂O₃ 9,8-11,0; FeO+Fe₂O₁ 12,8-26,1; СаО 11,3-13,7; MgO 4,2-5,7; SO₃ 1,7-3,2; Na₂O+K₂O 1,3-3,2; потери при прокаливании п.п.п. 8,5-15; шлак сухопотушенный котельный каменноугольный, добавку - глину или древесные опилки, или микрокремнезем, или их смеси при следующем соотношений компонентов, мас.%:

указанное вяжущее 25-35 указанный песок 5-15 указанная добавка 3-15 указанный шлак остальное

Способ изготовления стеновых и строительных камней из указанной смеси включает затворение указанной смеси раствором, содержащим структурированную воду и полимер, укладку в формы, вибропрессование, распалубку и сушку камней.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что предлагается сырьевая смесь, содержащая в качестве вяжущего бесклинкерное шлакощелочное вяжущее взамен клинкерных вяжущих (портландцемента, шлакопортландцемента). Согласно исследованию авторов, шлакощелочное вяжущее обладает такими же свойствами, как и клинкерные вяжущие, но при этом также обладает низкой стоимостью, позволяет более интенсивно связывать строительную смесь, в которой основным компонентом является котельный каменноугольный шлак. При этом более активно протекают реакции гидратации шлакощелочного вяжущего с котельным шлаком, увеличивается скорость твердения бетона, сокращаются сроки изготовления стеновых и строительных камней.

Котельный шлак является фактически бросовым отходом котельных, не находит эффективного использования, в небольших количествах в сельской местности применяется для подсыпки и выравнивания дорог.

Вторым компонентом в качестве заполнителя предлагается использовать горный песок - отход обогащения железных руд, запасы которого только в г.Новокузнецке составляют 90000000 т. Эффективного применения горный песок не находит. Авторами установлено, что горный песок обладает вяжущими свойствами, что позволяет повысить качество изделия с добавками горного песка. В горном песке содержатся минералы граната, обладающие высокой твердостью, что способствует повышению прочности и твердости бетонов, изготовленных с добавками указанного песка.

В котельном шлаке и в горном песке присутствуют щелочные металлы Na₂O, K₂O, которые взаимодействуют с минералами и стекловидной массой шлаков с образованием комплексных соединений, обладающих высокой прочностью. Поэтому предлагается в котельных отбирать шлак, потушенный (охлажденный) сухим способом. При охлаждении шлака водой происходят реакции щелочных металлов натрия и калия с водой, что снижает их качество как вяжущего материала.

Стеновые камни, изготовленные на основе вяжущего (цемента) и шлаков, полученных от сжигания углей кокса Канско-Ачинского бассейна, при сушке подвергаются растрескиванию и разрушаются. Поэтому шлаки, получаемые при сжигании углей кокса Канско-Ачинского бассейна, не применяют для производства стеновых камней. В предлагаемом изобретении эта проблема решена путем введения в состав сырьевой смеси глины или древесных опилок, или микрокремнезема от выплавки ферросилиция, или их смесей в любых отношениях. Например, в качестве добавки используют смесь, содержащую, мас.%: глина 20, древесные опилки 60, указанный микрокремнезем 10, или смесь, содержащую, мас.%: глина 34, древесные опилки 66. Добавка в сырьевую смесь древесных опилок или микрокремнезема до 15% позволяет снизить плотность стеновых камней, и соответственно снижается теплопередача.

Применение структурированной воды при изготовлении стеновых и строительных камней усиливает реакцию гидратации, соответственно ускоряется твердение бетона и повышается его качество. Применяют природную или техническую структурированную воду. В качестве природной структурированной воды используют водный раствор соков растений, например, свежеприготовленных соков травы, овощей, например огурцов, березового сока. Техническую структурированную воду получают, например, замораживанием, а затем оттаиванием, облучением ультразвуком.

Использование полимерных материалов в составе бетона сопровождается увеличением плотности, изолируются пустоты в теле стеновых камней, сокращается диффузия водяного пара и воздуха через камни. В качестве полимеров используют карбамидоформальдегидную смолу КЖ-Ф, фурано-эпоксидную смолу ФАД (Кременецкая О.Н. SN 525-80. Инструкция по технологии приготовления полимербетонов, Министерство высшего и среднего образования, НИИЖЕЛЕЗОБЕТОНА, 1981, с.2).

Для затворения сухой смеси используют раствор, содержащий мас.%: полимер 4-6, структурированную воду остальное, в количестве 13-31% от общей массы сухой смеси и раствора.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет комплексно решить проблемы утилизации котельных шлаков и горного песка (отходов обогащения железных руд) с получением высококачественных стеновых и строительных камней, которые являются наиболее востребованным строительным материалом и обладают низкой стоимостью.

Пример. Для экспериментов применяли в качестве вяжущего шлакопортландцемент марки М 400 (для сравнения) и шлакощелочное вяжущее, содержащее, например, мас.% (на сухое): NaOH или KаОН 3, гипс 4-6, шлак остальное. Горный песок - отходы обогащения железных руд Абагурской агломерационной фабрики г.Новокузнецка. Шлак - от сжигания в котельной Абагурской аглофабрики каменного угля Кузбасского бассейна. Микрокремнезем - Кузнецкого ферросплавного завода. Составы материалов приведены в таблице 1. Эксперименты выполнялись в лабораторных условиях с применением лабораторного оборудования. Качество полученных образцов определялось по ГОСТовским методикам (Таблица 2).

В исследованиях преимущественно изучали влияние состава сырьевой смеси на качество стеновых камней. Приготовили смесь для каждого опыта (таблица 1). Затем в установку заливали раствор, содержащий мас.%: полимер 5, структурированная вода 95. Затем загружали смесь. Продолжительность перемешивания была во всех опытах одинаковая. Количество структурированной воды и полимера во всех опытах было одинаковое. Жесткость затворенной смеси во всех опытах менялась незначительно и контролировалось ручным способом. Смесь укладывалась в форму и прессовалась с приложением одинаковой нагрузки в каждом опыте. Твердение выполнялось при стандартных условиях при 23-25°С в течение 28 суток. Прочность образцов менялась от М50 до М75.

Для сравнения приведены результаты опыта (8), в котором смесь содержала, мас.%: речной песок 15, шарики из пеностекла 20, золошлаковую смесь 18, шлакопортландцемент остальное. Затворялась смесь водой питьевого качества без применения полимеров. Качество бетона было ниже в 3 раза по сравнению с предлагаемым изобретением.

Предлагаемая смесь и способ ее приготовления позволяет эффективно использовать отходы производства: горный песок и котельный шлак, древесные опилки и микрокремнезем от выплавки ферросилиция и при этом получать качественные строительные и стеновые камни.

Источники информации

1. Патент РФ 2259331 МПК 8 С04В 28/04, 2004.

2. Патент РФ 2255920 МПК 8 С04В 38/00, 2005.

3. «РИФЕЙ-УНИВЕРСАЛ». Инструкция по эксплуатации, г.Златоуст, завод Стройтехника, 1995.

Таблица 1   № опыта Состав бетона, мас.% Механическая прочность     Вяжущее Шлак котельный Песок горный Глина Опилки Микрокремнезем   Предлагаемый 1 25 55 5 10 5   М50   2 30 45 10   5 10 М75   3 35 35 15 5   10 М75   4 30 45 10   15   М60   5 35 35 15 10   5 М75   6 30 50 5 5 5 5 М65   7 25 50 10     15 М50 По прототипу 8 47 Золо-шлаковая смесь
18 Песок речной
15 Пеностекло 20 - - М25

Таблица 2 Материал Химический состав, мас.%   Si₂O Al₂O₃+TiO₂ FeO+Fe₂O₃ CaO MgO SO₃ Na₂O+K₂О п.п.п Горный песок 34,1-39,9 9,8-11,0 12,8-26,1 11,3-13,7 4,2-5,7 1,7-3,2 1,3-3,2 8,5-15 Шлак котельный 24 9,4 13,86 45,84   0,54 1,06 0,41

Изобретение относится к строительным материалам. Технический результат - повышение механической прочности, усреднение состава бетона в изделии, снижение плотности и теплопроводности строительных камней. Сырьевая смесь для изготовления стеновых и строительных камней методом вибропрессования содержит бесклинкерное шлакощелочное вяжущее, в качестве заполнителя - горный песок состава, мас.%: SiO₂ 34,1-39,9; Al₂O₃ 9,8-11,0; FeO+Fe₂O₃ 12,8-26,1; СаО 11,3-13,7; MgO 4,2-5,7; SO₃ 1,7-3,2; Na₂O+K₂O 1,3-3,2; п.п.п. 8,5-15; шлак сухопотушенный котельный каменноугольный, добавку - глину или древесные опилки, или микрокремнезем, или их смеси при следующем соотношений компонентов, мас.%: указанное вяжущее 25-35, указанный песок 5-15, указанная добавка 3-15, указанный шлак остальное. Способ изготовления стеновых и строительных камней из указанной смеси включает затворение указанной смеси раствором, содержащим структурированную воду и полимер, укладку в формы, вибропрессование, распалубку и сушку камней. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

1. Сырьевая смесь для изготовления стеновых и строительных камней методом вибропрессования, содержащая бесклинкерное шлакощелочное вяжущее, в качестве заполнителя - горный песок состава, мас.%: SiO₂ 34,1-39,9; Al₂O₃ 9,8-11,0; FeO+Fe₂O₃ 12,8-26,1; СаО 11,3-13,7; MgO 4,2-5,7; SO₃ 1,7-3,2; Na₂O+K₂O 1,3-3,2; п.п.п. 8,5-15; шлак сухопотушенный котельный каменноугольный, добавку - глину или древесные опилки, или микрокремнезем, или их смеси при следующем соотношении компонентов, мас.%:
указанное вяжущее 25-35 указанный песок 5-15 указанная добавка 3-15 указанный шлак остальное

2. Способ изготовления стеновых и строительных камней из смеси по п.1, включающий затворение указанной смеси раствором, содержащим структурированную воду и полимер, укладку в формы, вибропрессование, распалубку и сушку камней.