Сырьевая смесь для изготовления строительных изделий и конструкций

 

Изобретение относится к строительным материалам, применяемым для изготовления изделий и конструкций, эксплуатируемых в том числе в агрессивных средах. Технический результат - расширение сырьевой базы и обеспечение возможности изготовления из сырьевой смеси широкого ассортимента изделий различного назначения и для различных условии эксплуатации, а также обеспечение повышения плотности и прочности при сжатии получаемого из сырьевой смеси серобетона для изделий, эксплуатируемых в условиях повышенных нагрузок. Сырьевая смесь для изготовления строительных изделий и конструкций включает серу в качестве вяжущего и неорганический тонкомолотый наполнитель и заполнитель, в качестве которых содержит диабазовую крошку и отработанный катализатор или отработанный адсорбент процесса переработки природного газа при следующем соотношении компонентов, мас. %: сера 20-40, отработанный катализатор или отработанный адсорбент 0,1-40, диабазовая крошка остальное. 1 табл.

Изобретение относится к строительным материалам, применяемым для изготовления изделий и конструкций, эксплуатируемых в том числе в агрессивных средах.

Известна композиция для изготовления строительных изделий и конструкций, включающая кварцевую муку, песок и легкий заполнитель, в качестве которого используют термолитовый щебень и дополнительно отход полиграфической промышленности [1] .

Недостатком известной композиции является высокое водопоглощение получаемых изделий, что при использовании в природных условиях в условиях воздействия агрессивных сред может привести к снижению их прочности и сокращению периода эксплуатации.

Наиболее близкой к заявляемой по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является сырьевая смесь для изготовления строительных изделий и конструкций, включающая серу в качестве вяжущего, неорганический тонкомолотый наполнитель, в качестве которого используют горно-мытый песок, заполнитель, в качестве которого используют известняковый щебень, а также органическую добавку и нефтебитуминозный барханный песок [2] .

Недостатком известной сырьевой смеси является низкая прочность при сжатии получаемых из нее изделий и конструкций, что при использовании их в условиях высоких нагрузок приведет к быстрому разрушению. Кроме того, известная сырьевая смесь не обеспечивает широкий диапазон характеристик прочности и плотности получаемого серобетона, что не позволяет получать различные вариации смеси в зависимости от назначения и условий применения изготавливаемых из нее изделий.

Задачей предлагаемого технического решения является расширение сырьевой базы и обеспечение возможности изготовления из сырьевой смеси широкого ассортимента изделий различного назначения и для различных условий эксплуатации. Другой задачей, решаемой предлагаемым техническим решением, является обеспечение повышения плотности и предела прочности при сжатии получаемого из сырьевой смеси серобетона для изделий, эксплуатируемых в условиях повышенных нагрузок.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемая сырьевая смесь для изготовления строительных изделий и конструкций, включающая серу в качестве вяжущего и неорганический тонкомолотый наполнитель и заполнитель, в качестве неорганического тонкомолотого наполнителя и заполнителя содержит диабазовую крошку и отработанный катализатор или отработанный адсорбент процесса переработки природного газа при следующем соотношении компонентов, мас. %: Сера элементарная - 20-40 Отработанный катализатор или отработанный адсорбент - 0,1-40 Диабазовая крошка - Остальное Диабазовая крошка является отходом производства щебня из диабаза, содержит примерно 50-55% частиц фракции до 0,63 мм и 45-50% фракции более 0,63 мм, которые при внесении в смесь играют роль заполнителя и тонкомолотого наполнителя соответственно.

Диабазы - преимущественно мелкокристаллические породы, их характерной особенностью является переплетенное строение, при котором промежутки между беспорядочно переплетенными кристаллами известково-натровых полевых шпатов заполнены темной аморфной авгитовой массой. Плотность диабаза 2800-3000 кг/м³, прочность при сжатии в среднем около 200 МПа, они хорошо полируются.

Известно использование диабаза в силу особенностей его строения и физических характеристик для изготовления как штучных изделий для дорожного покрытия (плит, брусчатки), так и в виде щебня для приготовления асфальтобетонов [3] .

Катализаторы, применяемые в процессах очистки природного газа от вредных примесей, представляют собой круглые гранулы диаметром 0,5-7 мм с примесью пыли, приготовленные на основе активной окиси алюминия и пропитанные сульфатом железа; выпускаются по TУ 38.101486-77; механическая прочность гранул - 0,4 кгс/мм², насыпная плотность - 900-1100 кг/м³. При эксплуатации катализатора, например в процессах тонкой очистки природного газа от сернистых соединений, на его поверхности откладываются кристаллы серы. Хотя широкий диапазон размеров гранул отработанного катализатора позволяет вносить его в сырьевую смесь без предварительного измельчения (гранулы фракции менее 0,63 мм - в качестве наполнителя, фракции более 0,63 мм - в качестве заполнителя), целесообразно с целью придания произвольной формы и обнажения внутренних пор отработанного катализатора для достижения большей прочности получаемого серобетона подвергать его измельчению до размера частиц менее 0,63 мм.

В качестве адсорбента в составе сырьевой смеси могут быть применены отработанные цеолиты или силикагели, используемые в процессах переработки природного газа при его очистке и осушке, исчерпавшие свою адсорбционную емкость.

Силикагель, используемый для осушки природного газа или технического воздуха, выпускается по ГОСТ 3956-76; представляет собой стекловидные прозрачные или матовые зерна размером 2,8-7,0 мм, насыпная плотность 720 кг/м³. Может быть внесен в сырьевую смесь как в качестве наполнителя с предварительным измельчением до размера частиц менее 0,63 мм, так и без измельчения в качестве заполнителя - облегчающей добавки.

Цеолит, например, марки NaX представляет собой цилиндрические гранулы белого цвета диаметром около 1 мм, длиной 0,5-1,2 мм, с примесью пыли; его механическая прочность - 0,34 кгс/мм², насыпная плотность составляет 820 кг/м³; выпускается по ТУ 38.10281-88. В процессе эксплуатации цеолита проникающие в его поры органические примеси очищаемого газа или жидких углеводородов при высокотемпературной регенерации цеолита частично закоксовываются, в результате чего с каждым циклом регенерации снижается адсорбционная емкость цеолита. После последнего цикла очистки и регенерации исчерпавший адсорбционную емкость вследствие закоксовывания цеолит выгружают из адсорбционного аппарата, и он может быть использован в качестве компонента сырьевой смеси для изготовления строительных изделий и конструкций. Исходя из размеров гранул цеолита, он может быть внесен в сырьевую смесь как без измельчения так и с предварительным измельчением, соответственно в первом случае он применяется в качестве наполнителя (фракция до 0,63 мм) и заполнителя (фракция от 0,64 до 1,2 мм) одновременно. При этом содержащееся в цеолите небольшое количество органики в виде закоксованных органических примесей снижает хрупкость получаемого из сырьевой смеси серобетона, т. е. способствует повышению его качества. Это также относится и к отработанным катализаторам, и силикагелю, применяемым в процессах переработки природного газа, т. к. они тоже имеют небольшое количество осевшей на их поверхности органики.

Технический результат от использования в качестве наполнителя и заполнителя диабазовой крошки и отработанного катализатора или отработанного адсорбента в предлагаемой сырьевой смеси состоит не только в расширении сырьевой базы для приготовления составов для изготовления строительных изделий и конструкций, но и в возможности утилизации отходов производства, захоронение которых (катализатора, цеолита, силикагеля) требует больших площадей и материальных затрат. Кроме того, широкий ассортимент компонентов - заполнителей и наполнителей, имеющих разную плотность и прочность, позволяет получать сырьевые смеси для изготовления деталей различного назначения: имеющих меньшую прочность на сжатие, но более легких - для изготовления черепицы или аналогичных элементов покрытия для крыши; более прочных и тяжелых - для изготовления дорожного покрытия и т. д.

Сведений об использовании катализаторов или адсорбентов (цеолитов, силикагелей) в качестве компонентов бетонов (серобетонов или асфальтобетонов) в доступных источниках информации не обнаружено, это позволяет сделать предварительный вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Технология приготовления предлагаемой сырьевой смеси включает приготовление серного вяжущего и тщательное перемешивание его с заполнителем и наполнителем. Серное вяжущее готовят путем расплавления комовой или молотой серы (нагревают до температуры 120-145^oС). В обогреваемую мешалку принудительного действия загружают оптимально подобранное количество наполнителя (размер зерен от 0,63 мм и более) и заполнителя (размер зерен до 0,63 мм), в качестве которых используют диабазовую крошку и отходы производства газоперерабатывающей промышленности - отработанный катализатор или исчерпавшие свою адсорбционную емкость цеолит или селикагель, предварительно нагретые до 130-140^oС, и интенсивно перемешивают. Заявляемое соотношение компонентов в сырьевой смеси рассчитано с учетом наличия в диабазовой крошке как частиц крупной фракции, так и пыли, которые выполняют функцию заполнителя и наполнителя соответственно. Заявляемое количество других компонентов - цеолита или селикагеля, также определено с учетом их фракционного состава. В процессе перемешивания в мешалку подают дозированное количество расплавленной серы и перемешивают всю смесь в течение 1,0-1,5 мин. Готовую горячую композицию используют для изготовления изделий путем заливки в готовые прогретые формы (матрицы).

Проводили опытно-промышленные испытания предлагаемой композиции для изготовления строительных изделий на заводе ЗАО "Стройиндустрия" г. Оренбурга в декабре 1999 г.

Составы предлагаемой сырьевой смеси с различным содержанием компонентов и результаты испытаний образцов, изготовленных из составов, приведены в таблице.

Как видно из таблицы, предлагаемая сырьевая смесь в зависимости от соотношения составляющих компонентов может быть применена для различных целей. Для изделий, эксплуатируемых в условиях значительных нагрузок, например для дорожных покрытий, могут быть использованы составы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 11, имеющие наибольшую плотность и предел прочности на сжатие, причем выше, чем состав по прототипу. Эти составы имеют также наилучшие показатели по водопоглощению. Для изготовления таких изделии, как детали для покрытия крыши, могут быть использованы составы 8, 9, 12, 13, характеризующиеся меньшим удельным весом, что важно для изделий указанного назначения. Показатели веса 1 м² деталей покрытия для крыши, изготовленных из этих составов, их предела прочности и водопоглощения удовлетворяют требованиям, предъявляемым к изделиям указанного назначения, например, для черепицы [4] .

Использование предлагаемого технического решения позволит расширить сырьевую базу для приготовления составов для строительных изделий и конструкций, расширить ассортимент выпускаемых изделий для различных условий эксплуатации и решить проблему утилизации отходов производства, таким образом способствуя решению экологических проблем региона по захоронению твердых отходов производства.

Источники информации 1. Авт. св. СССР 1393824, МПК С 04 В 28/36, опубл. 07.05.86, бюл. 17.

2. Авт. св СССР 1650637, МПК С 04 В 26/36, опубл. 23.05.91. бюл. 19 (прототип).

3. Грушко И. М. , Королев И. В. , Борш И. М. , Мишенко Г. М. Дорожно-строительные материалы. Учебник для автомобильно-дорожных институтов. - М. : Транспорт, 1963 г. , с. 41-42.

4. Черепица керамическая. Отраслевой стандарт 21-32-84.

Формула изобретения

Сырьевая смесь для изготовления строительных изделий и конструкций, включающая серу в качестве вяжущего, неорганический тонкомолотый наполнитель и заполнитель, отличающаяся тем, что в качестве неорганического тонкомолотого наполнителя и заполнителя она содержит диабазовую крошку и отработанный катализатор или отработанный адсорбент процесса переработки природного газа при следующем соотношении компонентов, маc. %: Сера - 20 - 40 Отработанный катализатор или отработанный адсорбент - 0,1 - 40 Диабазовая крошка - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1