СПОСОБ ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МИНЕРАЛЬНЫХ КОМПОНЕНТОВ БЕТОННОЙ СМЕСИ Российский патент 2024 года по МПК C04B20/02 

Изобретение относится к способу производства строительных материалов, к технологии приготовления бетонной смеси (далее БС) и может быть использовано при изготовлении монолитных и сборных изделий из бетона и железобетона.

Известен способ приготовления БС, включающий предварительное мытье щебня и песка водным раствором поверхностно-активных веществ (далее ПАВ) [1, 2] или таким же водным раствором, предварительно активированным в аппарате вихревого смешения [3]. При этом мытье таким раствором ПАВ может осуществляться непосредственно в аппарате вихревого смешения, что резко увеличивает эффективность мойки. К сожалению, такой вид мойки не применим к щебню, вследствие крупных размеров частиц щебня. Обычная же мойка щебня раствором ПАВ, как и мойка его тем же раствором, активированным в аппарате вихревого смешения, позволяют удалять или дезинтегрировать из БС только, расположенные на поверхности и между зернами щебня свободные частицы глины, как будущие центры разрушения бетона. Однако карбонатные породы, из которых изготавливается щебень, изначально включает в себя частицы и тонкие слои глины, жестко сцементированные с кристаллическими зернами карбоната [4]. И именно, такие включения являются слабыми местами материнской породы, снижающие ее стойкость к разрушению [5]. При изготовлении щебня путем механического дробления материнской породы линии раскола проходят по таким слабым местам и на поверхности полученных частиц щебня оказываются частицы и тонкие слои глины, сцементированные с карбонатом. Удалять такие частицы путем мойки растворами ПАВ, малоэффективно.

Для решения этой проблемы применим такой прием инновационного консалтинга как «замена механического воздействия химическим». Если на поверхность щебня воздействовать водным раствором гидроксида аммония, частицы и пленки глины, сцементированные с поверхностью, вступят в реакцию с гидроксидом аммония.

В состав глин входят два основных минерала: каолинит Al2O3⋅2SiO2⋅2H2O и монтмориллонит Al2O3-4SiO2-H2O-nH2O[6]. Составляющие этих минералов реагируют с гидроксидом аммония [7, 8] следующим образом:

Al₂O₃+3NH₄OH→3NH₃+2Al(ОН)₃

3SiO₂+4NH₃→3Si+2N₂+6H₂O

Наличие газовой составляющей среди продуктов реакций гарантирует их необратимость. Однако получающиеся в результате первой реакции продукты имеют негативные свойства:

- аммиак обладает вредным воздействием на организм человека [9], работающего с компонентами БС;

- гидроксид алюминия обладает адсорбирующими свойствами [10], то есть может соединяться с отдельными компонентами БС, ухудшая свойства бетона.

Первая проблема решается совместной обработкой в растворе гидроксида аммония щебня и песка, предназначенных для приготовления БС (прием инновационного консалтинга «использование элементов внешней среды»). При этом аммиак, выделяющийся по первой реакции, гарантированно (избыток оксида кремния при добавке песка) поглощается во второй. В нейтрализации газообразного аммиака будет участвовать и пленка из окиси железа на поверхности частиц песка [11].

Fe₂O₃+2NH₃→2Fe+N₂+3H₂O

Для повышения эффективности поглощения аммиака химическая обработка может производиться в герметичной бетономешалке. При этом концентрация раствора и количество раствора определяется количеством глинистого вещества содержащегося в материнской карбонатной породе.

Вторая проблема решается сливом продуктов химической обработки и последующей мойкой химически обработанных щебня и бетона.

Цель изобретения: повышение прочности бетона за счет сокращения содержания в БС глинистых частиц, сцементированных с поверхностью щебня.

Поставленная цель достигается тем, что щебень и песок, используемые для приготовления БС, предварительно обрабатываются водным раствором гидроксида аммония в герметичной бетономешалке в течение времени необходимого и достаточного для химического разрушения глинистых частиц сцементированных с поверхностью щебня, а также свободных глинистых частиц содержащихся в песке и щебне с последующим сливом продуктов реакций и мытьем химически обработанных щебня и песка водой.

Таким образом, предлагаемый способ будет состоять из следующих операций:

- приготовление водного раствора гидроксида аммония с концентрацией последнего необходимой и достаточной для химического разрушения глинистых частиц, сцементированных с поверхностью щебня, а также свободных глинистых частиц содержащихся в песке и щебне;

- загрузка в бетономешалку щебня и песка в пропорции необходимой для изготовления БС, а также приготовленного раствора гидроксида аммония;

- химическая обработка щебня и песка раствором гидроксида аммония в герметичной бетономешалке в течение времени необходимого и достаточного для химического разрушения глинистых частиц, сцементированных с поверхностью щебня, а также свободных глинистых частиц содержащихся в щебне и песке;

- слив продуктов реакции;

- мойка водой химически обработанного песка и щебня перед приготовлением БС.

Заявляемый способ с присущими ему существенными признаками может быть неоднократно и в различных вариантах, с использованием различных устройств и различных материалов и смесей материалов, успешно реализован на практике с получением указанного выше результата.

Пример. Способ химической обработки минеральных компонентов БС поясняется чертежом на Фиг. 1. Из дозатора воды (1) и дозатора 10% раствора гидроокиси аммония (2) через смеситель (3) и распределительную воронку (4) в герметично закрывающийся бетоносмеситель (5) подается вода и раствор в необходимом количестве. Затем из расходного бункера для щебня (6) через дозатор щебня (7), направляющую (8) и распределительную (9) воронки необходимое количество щебня загружается в тот же бетоносмеситель (5). Аналогично из расходного бункера для песка (10) и дозатор песка (11) через направляющую воронку (8) и распределительную воронку (9) поступает в тот же бетоносмеситель (5) песок. Затем бетоносмеситель герметично закрывается и включается. Химическая обработка длится время необходимое и достаточное для разрушения свободных и сцементированных с поверхностью щебня частиц глины и поглощения аммиака. Отработанный раствор через распределительную воронку (12) сливается в приемный бункер (13), откуда удаляется насосом (14). Затем из дозатора воды (1) в герметично закрывающийся бетоносмеситель (5) через смеситель (3) и воронку(4) подается на мойку вода без гидроокиси аммония. Затем бетоносмеситель закрывается и включается. После мойки смывные воды через распределительную воронку (12) сливаются в приемный бункер (13) откуда удаляются насосом (14). Обработанные и мытые щебень и песок выгружаются в бетоносмеситель (15) для приготовления БС.

Источники информации:

[1] Электронный ресурс: https://cyberleninka.ru/article/n/povyshenie-effektivnosti-tehnologii-ochistki-peska-s-pomoschyu-poverhnostno-aktivnyh-veschestv

[2] Патент РФ №2405746 С1 МПК С04В 18/12 В07В 1/00. Способ получения строительных песков из отсевов, образующихся при производстве щебня. Арсентьев Василий Александрович, Панарин Сергей Николаевич, Биленко Леонид Федорович. Опубликовано: 10.12.2010 Бюл. №34.

[3] Патент РФ №2794590 С1 МПК С04В 40/00 С04В 20/02. Способ приготовления бетонной смеси. Утегенов Борис Борисович, Шаяхмедов Растам Ирфагильевич. Опубликовано: 21.04.2023 Бюл. №12.

[4] Электронный ресурс: https://lithology.ru/node/38

[5] Электронный ресурс: http://www.sibstrin.ru/files/Linovskiy/%D0% 98% D0%93_%D1%81%D0%B5%D0%BC-5.pdf

[6] Электронный ресурс: http://r-schekoldin.ru/Lithology_files/clay_rocks.htm

[7] Электронный ресурс: https:// https://chemequations.com/ru/?s=Al2O3+++%2B+3NH4QH+%E2%86%92+3NH3++%2B+2Al%28OH%293&ref=input

[8] Электронный ресурс: https://chemequations.com/ru/?s=3SiO2+%2B+4NH3+%E2%86%92+3Si+%2B+2N2+%2B+6H2Q&ref=input

[9] Электронный ресурс: https://ria.ru/20230607/ammiak-1876777200.html

[10] Электронный ресурс: https://www.chem21.info/info/139403/

[11] Электронный ресурс: https://chemequations.corn/ru/?s=Fe2O3+%2B+NH3+%3D+Fe+%2B+N2+%2B+H2O

Изобретение относится к способу производства строительных материалов, к технологии приготовления бетонной смеси, включающей мытье щебня и песка, и может быть использовано при изготовлении монолитных и сборных изделий из бетона и железобетона. Цель изобретения: повышение прочности бетона за счет сокращения содержания в бетонной смеси глинистых частиц, сцементированных с поверхностью щебня. Способ обработки минеральных компонентов бетонной смеси, включающий мытье щебня и песка. При этом щебень и песок, используемые для приготовления бетонной смеси, предварительно обрабатывают водным раствором гидроксида аммония в герметичной бетономешалке в течение времени, необходимого и достаточного для химического разрушения глинистых частиц, сцементированных с поверхностью щебня, а также свободных глинистых частиц, содержащихся в песке и щебне, с последующими сливом продуктов реакций и мытьем химически обработанных щебня и песка водой. 1 ил.

Способ обработки минеральных компонентов бетонной смеси, включающий мытье щебня и песка, отличающийся тем, что щебень и песок, используемые для приготовления бетонной смеси, предварительно обрабатывают водным раствором гидроксида аммония в герметичной бетономешалке в течение времени, необходимого и достаточного для химического разрушения глинистых частиц, сцементированных с поверхностью щебня, а также свободных глинистых частиц, содержащихся в песке и щебне, с последующими сливом продуктов реакций и мытьем химически обработанных щебня и песка водой.