Сырьевая органоминеральная смесь и способ ее приготовления

 

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для приготовления строительных смесей и мастик. Органоминеральная смесь содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: минеральный материал 87-98; органическое вяжущее - остальное, при этом количество органического вяжущего, определяют по формуле где Б - содержание органического вяжущего в сырьевой органоминеральной смеси, %; k₁ - коэффициент, учитывающий вязкость органического вяжущего; k₂ - коэффициент, учитывающий влияние размера зерен фракции и природы минерального материала на величину удельной поверхности; k₃ - коэффициент, учитывающий влияние размера зерен фракции и природы минерального материала на толщину структурного слоя органического вяжущего; γ_б - плотность органического вяжущего, г/см³; n - число фракций минерального материала; Si - удельная плотность зерен i-й фракции известнякового материала, м²/кг; Р_i - содержание i-й фракции минерального материала в смеси, %;δ_i - толщина пленки органического вяжущего, структурированного на зернах i-й фракции известнякового материала. Для приготовления предлагаемой органоминеральной смеси ее компоненты нагревают до рабочих температур, загружают отдозированный минеральный материал в измельчающе-перемешивающее устройство (например, шаровую мельницу), обрабатывают некоторое время и определяют удельную поверхность минерального материала. Рассчитывают по приведенной формуле требуемое количество органического вяжущего, вводят его в измельчающе-перемешивающее устройство и продолжают обработку смеси. Затем вновь определяют удельную поверхность минерального материала, рассчитывают по формуле требуемое количество вяжущего и вводят его за вычетом ранее введенного. Периодический контроль удельной поверхности минерального материала и добавку в смесь вяжущего осуществляют до требуемой крупности органоминеральной смеси, что зависит от ее последующего применения в приготовлении строительных смесей, мастик и др. Технический результат: снижение затрат на хранение, транспортировку и разгрузку за счет исключения слипания минеральных зерен органоминеральной смеси. 2 с.п. ф-лы. 1 табл.

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для приготовления строительных смесей.

Известна органоминеральная смесь и способ ее приготовления [1], включающая, мас.%: органическое вяжущее - 3...6 крупный заполнитель фракции 5...15 мм - 1...50 мелкий заполнитель фракции 0,315...3 мм - 23...70 минеральный порошок - 22...29 в которой в качестве крупного и мелкого заполнителей содержится шлам глиноземного производства или зола от сжигания сланца-кукерсита. Указанную органоминеральную смесь готовят следующим образом. В лабораторную шаровую мельницу сухого помола загружают известняк и разогретое органическое вяжущее, после помола в течение одного часа смесь выгружают и смешивают с нефелиновым шламом или золой и щебнем шламовых полей при разогреве смеси до 110... 120^oC.

Недостатками указанной смеси являются невозможность длительного транспортирования (хранения) и большие затраты времени на приготовление.

Известна органоминеральная смесь [2], включающая, мас.%: кубовый остаток колонны 4-аминодифелина при производстве диафена - 8...10
минеральный порошок - 5...12
высевки - 27...58
щебень - остальное
Недостатками указанной смеси являются: ограничение длительности транспортирования и невозможность его осуществления при отрицательной температуре.

Известен способ приготовления органоминеральной смеси [3], в соответствии с которым органическое вяжущее (битум, или асфальтит, или нефтеполимерную смолу) измельчают, пластификатор нагревают до 60...70^oC, минеральный наполнитель - до 180...200^oC и все перемешивают.

Недостатками указанного способа являются: отсутствие контроля состава смеси, слипание минеральных частиц готовой смеси.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в снижении затрат на хранение, транспортировку и разгрузку за счет исключения слипания минеральных зерен органоминеральной смеси.

Поставленная задача достигается тем, что сырьевая органоминеральная смесь включает минеральный материал и органическое вяжущее только в структурированном состоянии, когда оно адсорбировано на поверхности минерального материала, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
минеральный материал - 87-98
органическое вяжущее - остальное
при этом количество органического вяжущего определяют по формуле:

где Б - содержание органического вяжущего в сырьевой органоминеральной смеси,%;
k₁ - коэффициент, учитывающий вязкость органического вяжущего;
k₂ - коэффициент, учитывающий влияние размера зерен фракции и природы минерального материала на величину удельной поверхности;
k₃ - коэффициент, учитывающий влияние размера зерен фракции и природы минерального материала на толщину структурного слоя органического вяжущего;
γ_б - плотность органического вяжущего, г/см³;
n - число фракций минерального материала;
S_i - удельная плотность зерен i-й фракции известнякового материала, м²/кг;
P_i - содержание i-й фракции минерального материала в смеси, %;
δ_i - толщина пленки органического вяжущего, структурированного на зернах i-й фракции известнякового материала.

Способ приготовления сырьевой органоминеральной смеси для приготовления строительных смесей и мастик, включает нагрев компонентов смеси, их дозирование, перемешивание и одновременное измельчение минеральных материалов, в процессе которого периодически измеряют удельную поверхность измельченного материала, определяют требуемое количество органического вяжущего по ранее приведенной формуле и вводят его в смесь за вычетом количества вяжущего, введенного в смесь ранее до последнего измерения удельной поверхности, т.е. только для обработки новой поверхности минерального материала, образовавшейся на последней стадии измельчения.

Частицы известняка в зависимости от размера имеют следующую удельную поверхность, м²/кг:
менее 0,071 мм - 500
0,071...0,14 мм - 70
0,14...0,315 мм - 25
0,315...0,63 мм - 13
0,63...1,25 мм - 6
1,25...3 мм - 3,5
3...5 мм - 1,6
5...10 мм - 0,71
10...15 мм - 0,40
15...25 мм - 0,31
Для зерен гранита фракции менее 0,071 мм коэффициент учета влияния размера зерен и природы минерального материала k₂ = 0,58; для фракций крупностью до 25 мм - k₂ = 1,06. Для зерен кварца фракции менее 0,071 мм - k₂ = 0,38; для других фракций крупностью до 5 мм - k₂ = 0,66.

Частицы известняка в зависимости от размера структурируют органическое вяжущее, например, битум, слоем следующей толщины, мкм:
менее 0,071 мм - 0,26
0,071...0,14 мм - 1,07
0,14...0,315 мм - 1,21
0,315...0,63 мм - 1,30
0,63...1,25 мм - 1,51
1,25...3 мм - 1,74
3...5 мм - 2,39
5...10 мм - 3,16
10...15 мм - 3,30
15...20 мм - 3,45
20...25 мм - 3,49
Для зерен гранита фракций размером менее 0,071 мм и размером от 0,071 до 3 мм коэффициент учета влияния размера зерен и природы минерального материала на толщину структурированной пленки битума k₃ = 0,84...0,97, при этом большое значение коэффициента соответствует фракции меньшего размера; для фракции размером от 3 до 25 мм - k₃ = 1,19. Для зерен кварца фракций размером менее 0,071 мм и размером от 0,071 до 10 мм - k₃ = 0,7...0,85, при этом большее значение коэффициента соответствует фракции меньшего размера.

Коэффициент учета вязкости органического вяжущего, например, для битума, имеет следующие значения: для битума марки БНД 60/90 - k₁ = 1,0; для битума БНД 90/130 - k₁ = 0,95; для БНД 130/200 - k₁ = 0,9 и для БНД 200/300 - k₁ = 0,84.

Сырьевую органоминеральную смесь готовят следующим образом. Минеральный материал (известняковый порошок и гранитные высевки) нагревали до 150^oC органическое вяжущее битум марки БНД 90/130 нагревали до 140^oC. Загружали отдозированный минеральный материал в измельчающе-перемешивающее устройство и после его работы в течение 5...10 мин определяли удельную поверхность минерального материала. Рассчитывали по приведенной формуле требуемое количество органического вяжущего, вводили его в измельчающе-перемешивающее устройство и продолжали обработку смеси. Затем после 15...25 мин работы вновь определяли удельную поверхность минерального материала, рассчитывали по приведенной формуле требуемое количество органического вяжущего и вводили его за вычетом того количества, которое было введено в смесь ранее. Таким образом продолжали обработку вяжущим и измельчение до требуемой крупности сырьевой органоминеральной смеси, что зависит от ее последующего применения в приготовлении строительных смесей, мастик и др.

В таблице представлены состав сырьевой органоминеральной смеси из известнякового порошка, гранитных высевок и битума марки БНД 90/130, содержание фракций в пробе, удельная поверхность, толщина битумной пленки и количество битума по фракциям в пробе, а также изменение этих показателей в процессе обработки.

Источники информации
1. А.С. N 1131889, МКИ 08 95/00.

2. А.С. N 1025713, МКИ 08 95/00.

3. А.С. N 1377260, МКИ C 04 B 26/26.

Формула изобретения

1. Сырьевая органоминеральная смесь, включающая минеральный материал и органическое вяжущее, отличающаяся тем, что она содержит эти компоненты при следующем соотношении, мас.%:
Минеральный материал - 87 - 98;
Органическое вяжущее - Остальное
при этом количество органического вяжущего рассчитывают по формуле

где Б - содержание органического вяжущего в сырьевой органоминеральной смеси, %;
k₁ - коэффициент, учитывающий вязкость органического вяжущего;
k₂ - коэффициент, учитывающий влияние размера зерен фракции и природы минерального материала на величину удельной поверхности;
k₂ - коэффициент, учитывающий влияние размера зерен фракции и природы минерального материала на толщину структурного слоя органического вяжущего;
γ_б - плотность органического вяжущего, г/см³;
n - число фракций минерального материала;
S_i - удельная плотность зерен i-ой фракции известнякового материала, м²/кг;
P_i - содержание i-ой фракции минерального материала в смеси, %;
δ_i - толщина пленки органического вяжущего, структурированного на зернах i-й фракции известнякового материала.

2. Способ приготовления сырьевой органоминеральной смеси, включающий нагрев компонентов, дозирование, перемешивание с одновременным измельчением, отличающийся тем, что подготовленный минеральный материал обрабатывают в измельчающе-перемешивающем устройстве, определяют его удельную поверхность, рассчитывают по формуле количество органического вяжущего, вводят его в смесь, после чего в процессе совместной обработки компонентов в измельчающе-перемешивающем устройстве периодически определяют удельную поверхность минерального материала, рассчитывают по формуле количество органического вяжущего и, за вычетом ранее внесенного, вводят его в смесь, продолжая обработку.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2