Способ изготовления строительных изделий Советский патент 1992 года по МПК C04B33/02 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для производства кирпича, камней-блоков, черепицы, облицовочной плитки для жилищного, гражданского и промышленного строительства.

Известен способ изготовления стеновых керамических изделий, по которому золу-унос предварительно измельчают до полного прохода через сито 900 отв./см ; затем смешивают с вторичной цементной пылью в соотношении компонентов, мас.%: зола-унос 55-85; вторичная цементная пыль 15-45. Смесь смешивают с водой до влажности 21-23%. Изделия формуют методом прессования, после чего сушат, поднимая температуру от 30-35°С до 100-120°С в течение 15-20 ч. Обжиг изделий проводят при 1080°С с выдержкой в течение 2 ч.

Недостатками способа являются низкая эффективность утилизации золы-уноса, высокая температура обжига и низкий предел прочности изделий при сжатии.

Известен способ, по которому золу ТЭС смешивают с топливным шлаком и жидким стеклом в следующем соотношении, %: зола-унос (тонкие фракции) 72-77; топливный шлак 20-25; жидкое стекло 3. Полученную смесь формуют прессованием под давлением 21-35 МПа и сушат в течение 5 ч при 160°С Затем поднимают температуру до 53б°С в течение 4 ч, выдерживают 2 - 6 ч и поднимают температуру до 1080°С со скоростью 35-79°С/ч Общая продолжительность цикла обжига 24-30 ч.

Способ характеризуется большой длительностью, высокой температурой обжига и большой объемной массой получаемых изделий.

Известен способ изготовления стеновых изделий по которому золу ТЭС предварительно прокаливают при 800-820°С в течение 2-2,5 ч, затем смешивают с делювиальной глиной в соотношении, %: зола 70- 75; глина 25-30. Полученную смесь формуют в кирпичи, сушат и обжигают по режиму: подьем температуры до 250°С со скоростью 4 град/мин; от 250°С до 600°С со скоростью 10 град/мин; от 600 до 800°С - 4 град/мин; от 800 до 1150°С - 10 град/мин; выдержка при 1150°С 30 мин.

Недостатками способа являются сложность температурной обработки, высокая температура обжига, низкий предел прочности при сжатии получаемых изделий.

С целью повышения прочности и увеличения сроков схватывания предложено вяжущее затворять раствором щелочного

(Л

С

х| ся XI

N СЯ

о

со

жущее затворять раствором щелочного компонента. Предварительно доменный гранулированный шлак размалывают совместно с портландцементным клинкером до тонины помола не менее 3000 см2/г, затем полученное вяжущее затворяют раствором щелочного компонента (сода, поташ, едкие щелочи, растворимые силикаты с силикатным модулем от 0,5 до 2,5), При этом выдерживают соотношение компонентов в следующих пределах, мае % гранулированный доменный шлак соединение щелочного металла в пересчете на оксид натриячЗ-12; портландцементный клинкер 1-9.

Способ получения вяжущего не позволяет использовать золу ТЭС, требует длительного размола и вследствие этого сопровождается большими энергозатратами.

Известен способ изготовления строительных изделий, по которому золу ТЭС, порошок боя стекла, гранулированный фосфорный шлак предварительно просеивают, отдельно каждый компонент, через сито 0,08 Затем отвешивают 3-7 мас.% золы ТЭС, 7-15 мае % порошка боя стекла, 67-70 мае % гранулированного фосфорного шлака тщательно перемешивают сухие компоненты вместе, добавляют 10-11 мае. раствора щелочи и перемешивают до получения однородной влажной массы Из полученной массы формуют изделия методом прессования при давлении 5-10 МПа Изделия сушат при 60-100°С в течение 2 ч и обжигают при 9QO-950dC в течение 1-3 ч.

Недостатками способа являются низкая эффективность утилизации золы ТЭС из-за малого ее содержания в композиции, высокие энергозатраты, связанные с необходимостью получения порошка боя стекла, просеивания и многократного перемешивания компонентов, сушки изделий и высокой температурой обжига, большая объемная масса изделий.

Наиболее близким по технической сущности является спсооб изготовления строительных изделий, по которому сухую золу с добавкой 10-15% глины и отходов углеобогащения увлажняют 3%-ным раствором жидкого стекла и ортофосфорной кислоты экстракционного производства до влажности 13-16% от массы сухого порошка После тщательного перемешивания формуют изделия полусухим прессованием, помещают их в печь, поднимают температуру со скоростью 1,5-2,0 град/мин до начала размягчения золы или на 20-30° выше и выдерживают при этой температуре в течение 1 ч.

%

10

15

20

25

30

35

40

-1

Способу присущи следующие недостатки: низкая эффективность использования золы, так как в состав шихты входят дополнительные ингредиенты в количестве 26- 3%, высокие энергозатраты, обусловленные длительным временем подъема температуры обжига (от 12 до 17,5 ч); большая объемная масса изделий из-за высокой температуры обжига изделий.

Целью изобретения является повышение эффективности утилизации золы, снижение энергозатрат и объемной массы изделий.

Указанная цель достигается тем, что в способе изготовления строительных-изделий, включающем смешивание золы ТЭС со связующим на основе водорастворимой соли натрия, формование и обжиг, связующее используют в количестве 5,5-14 мас.% от массы сухой золы в расчете на оксид натрия, а обжиг проводят сразу после формования при воздействии температуры 250-900°С в течение времени, определяемого по формуле

aiTb

где т - время обжига, ч;

t - температура обжига, °С;

а - коэффициент, равный ч 1град

b - коэффициент, равный 0,25 ч .

Предлагаемый способ имеет следующие технические преимущества: использование в качестве шихты только одной золы тепловой электростанции резко повышает эффективность использования золы; содержание водорастворимой соли натрия в пределах 5,5-14 мас.% от массы сухой золы в пересчете на оксид натрия обеспечивает предел прочности изделий при сжатии от 42 до 62 МПа (по прототипу 14-23), объемную 17 г/см (по прототипу морозостойкость более 50 циклов (по прототипу 24-60 циклов).

При содержании соединения натрия ме- 45 нее 5,5 мас.% от массы сухой золы наблюдается значительное понижение прочности изделий.

При содержании соединения натрия более 14 мас.% от массы сухой золы дальнейшее повышение прочности изделий при сжатии не наблюдается, объемная масса не уменьшается и начинается выщелачивание соединения натрия при выдержке в воде.

При обжиге влажных изделий после формования получаются изделия с однородной матовой поверхностью и регулярной прочностью. При выдержке на воздухе, т.е. при естественной сушке на поверхности изделий проступает шуба карбоната щелочного металла, после обжига поверхность

массу от 1,21 до 1,1 1,32-1,72 г/см3), MOf

50

55

изделий лишена благородной фактуры, прочность изделий становится нерегулярной по толщине Обжиг влажных изделий сразу после формования позволяет снизить энергозатраты и повысить производительность способа за счет исключения операции сушки изделий. Одновременно это обеспечивает получение изделий с меньшей объемной плотностью без введения дополнительных веществ и операций.

Обжиг изделий при температуре ниже 250°С дает возможность превзойти предел прочности изделий при сжатии и несколько уменьшить объемную массу изделий относительно прототипа, однако при этом наблюдается низкая морозостойкость изделий. Термообработка изделий при температуре выше 250°С позволяет получить высокую морозостойкость при одновременном улучшении остальных характеристик изделий (повышение прочности и уменьшение объемной массы). Получение более высоких технических характеристик изделий в более низком температурном интервале (250°С и выше) по сравнению с прототипом (900-950°С) является новым сверхэффектом, так как по классическим представлениям повышение технических характеристик керамических изделий может быть достигнуто еще большим увеличением температуры обжига. Вместе с тем, понижение температуры обжига обеспечивает снижение энергозатрат и объемной массы изделий.

Определение времени обжига в зависимости от температуры обжига по уравнению т 1 /(at + b) позволяет установить оптимальный технологический режим процесса в широком температурном интервале (250°С и выше), что позволяет снизить энергозатраты и обеспечивает создание более гибкой технологии получения изделий с регулируемыми свойствами по сравнению с прототипом.

Пример 1. В золу ТЭС-1 добавляют раствор каустической соды в количестве (мас.% в пересчете на оксид натрия): 4,5; 5,0; 5,5; 6,5; 13; 14; 15 от массы сухой золы. Тщательно перемешивают смесь до получения однородной влажной массы. Из полученной смеси формуют кирпичи методом прессования. Давление прессования 5,0- 7,5 МПа. Сразу после формования изделия подвергают термообработке при температуре 250°С в течение 2 ч. Полученные изделия испытывают по ГОСТ 530-80, ГОСТ 8462-85, ГОСТ 7025-78.

Пример 2. В золу ТЭС-2 добавляют раствор каустической соды в количестве (мас.% в пересчете на оксид натрия): 4,5;

5,0; 5,5; 6,5: 13: 14; 15 от массы сухой золы. Тщательно перемешивают смесь до получения однородной влажной массы, Из пол- 5 ученной смеси формуют кирпичи методом прессования. Давление прессования 5,0- 7,5 МПа. Сразу после формования изделия подвергают термообработке при темпера0 туре 250°С в течение 2 ч. Полученные изделия испытывают по ГОСТ 530-80; ГОСТ 8462-85, ГОСТ 7025-78.

Пример 3. В золу ТЭС-1 добавляют раствор каустической соды в количестве 5,5

5 мас.% от массы сухой золы и тщательно перемешивают смесь до получения однородной влажной массы. полученной смеси формуют кирпи чи при давлении прессования 5,0-7,5 МПа. Сразу после фор0 мования изделия отдельными партиями подвергают термообработке при температурах 100, 200, 250, 300, 500, 750, 900°С в течение 2,9; 2,2; 2,0; 1,8; 1,3; 1,0; 0,7 ч соответственно.

5 Пример 4. В золу ТЭС-1 добавляют раствор кальцинированной соды в количестве 5,5 мас.% от массы сухой золы и тщательно пермешивают смесь до получения однородной влажной массы. Из полученной

0 смеси формуют кирпичи при давлении прессования 5,0-7,5 МПа. Сразу после формования изделия подвергают термообработке при температуре 900°С в течение 0,7 ч. Пример 5. В золу ТЭС-1 добавляют

5 раствор двууглекислой соды в количестве 5,5 мае % от массы сухой золы и тщательно перемешивают смесь, до получения однородной влажной массы. Из полученной смеси формуют кирпичи при давлении

0 прессования 5,0-7,5 МПа. Сразу после формования изделия подвергают термообработке при температ7ре 900°С в течение 0,7 ч.

Пример 6. В золу ТЭС-1 добавляют

5 раствор каустической соды в количестве 5,5 мас.% от массы сухой золы и тщательно перемешивают до получения однородной влажной массы. Из полученной смеси формуют кирпичи при давлении прессования

0 5,0-7,5 МПа. Сразу после формования изделия подвергают термообработке при следующих условиях:

t 250°С; т 1 ч; 2 ч; 3 ч; рассчетное время 2 ч;

5 -1 500°С; г 1 ч; 2 ч; 3 ч; рассчетное время 1,3 ч;

t 900°С; т 1 ч; 2 ч; 3 ч; рассчетное время 0,7 ч.

Полученные результаты сведены в табл. 2. Как видно из полученных данных, добавление в золу ТЭС соединения натрия

менее 5,5 мас.% приводит к понижению прочности и морозостойкости получаемых изделий Добавление соединения выше 14 мае % экономически нецелесообразно. Кроме того, это приводит к выщелачиванию соединения щелочного металла в воде. В интервале 5,5-14 мас.% достигается повышение прочности и понижение объемной массы изделий относительно прототипа.

Вариации в количественном соотношении компонентов золы (ТЭС-1 и ТЭС-2) не оказывают заметного влияния на конечный результат.

Добавление соединения натрия в раствор затворения в интервале 5,5-14 мас.% в пересчете на Na20 приводит к снижению нижней границы температурного интервала обжига до 250°С, что обеспечивает уменьшение энергетических затрат на производство строительных изделий при одновременном повышении их эксплуатационных характеристик

Одновременно заявляемый способ по сравнению с прототипом повышает эффективность утилизации золы до 86-94,5 мас.%.

На чертеже показана экспериментальная зависимость времени обжига изделий от температуры обжига для различных соединений натрия (каустическая сода, двууглекислая сода, кальницированная сода).

Точки, обозначенные звездочкой, относятся к составам с каустической содой; точки, обозначенные кружочком, относятся к составам с двууглекислой содой; точки, обозначенные прямоугольником, относятся к составам с кальцинированной содой.

Предлагаемая математическая зависимость времени обжига изделий от температуры обжига т 1 (at +b) удовлетворительно описывает процесс в случае использования различных соединений щелочного металла в температурном интервале 250-900°С

Сравнение величины времени, необходимого для обжига изделий при данной температуре, рассчитанного по формуле и согласно прототипу, показывает, что расчет по формуле обеспечивает достижение требуемых технических характеристик изделий при обжиге не менее длительное время и тем самым дает возможность снизить энергозатраты.

Таким образом, предлагаемый способ

обеспечивает получение нового положительного эффекта для народного хозяйства страны, заключающегося в повышении эффективности утилизации золы, снижении энергозатрат и объемной массы изделий.

Формула изобретения

Способ изготовления строительных изделий, включающий смешивание золы ТЭС со связующим на основе водорастворимой соли натрия, формование и обжиг, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью повышения эффективности утилизации золы, снижения энергозатрат и объемной массы изделий, связующее используют в количестве 5,5-14 мас.% от массы сухой золы в расчете на

оксид натрия, а обжиг проводят сразу после формования при воздействии температуры 250-900°С в течение времени, определяемого по формуле

г 1:(at + b),

где г - время обжига, ч; t - температура, °С; а - коэффициент, равный ч т град-1, b - коэффициент, равный 0,25 .

Таблица

Содержание соединения указано в пересчете на NatO; время термообработки, рассчитанное по формуле.

О

0,5

Сущность изобретения золу ТЭС смешивают со связующим на основе водорастворимой соли натрия, вводимом в количестве 5,5-14 мас.% от массы сухой золы, формуют и сразу обжигают при воздействии температуры 250-900°С в течение времени определяемого по формуле т 1:(at + b), где т- время обжига, ч; t - температура обжига, °С: а - коэффициент, равный 10 b - коэффициент, равный 0,25 ч. 2 табл., 1 ил.

100 300500 700 900

ТЕМПЕРАТУРА ОБЖИГА, °С