Способ получения сульфатно-силикатного продукта

 

Изобретение относится к области производства строительных материалов, а именно, к промышленному получению быстротвердеющих высокопрочных цементов, изготовлению бетонных и железобетонных изделий, а, кроме того, оно может быть использовано и в других отраслях промышленности, например как сорбент или катализатор в химической промышленности. Технический результат - повышение прочности цементных композиций с сульфатно-силикатным продуктом и снижение себестоимости строительных материалов на их основе. В способе получения сульфатно-силикатного продукта путем обжига сырьевой смеси, состоящей из алюмосиликатного материала, сульфатирующего модификатора - концентрированной серной кислоты и воды, при получении смеси в качестве алюмосиликатного материала берут цеолитосодержащую породу следующего состава, мас.%: SiO₂ 58.66-70.87; Al₂О₃ 8.98-12.34; Fe₂O₃ 4.37-6.24; CaO 10.64-14.51; MgO 1.84-2.14; К₂О 2.48-3.05; TiO₂ 0.48-1.65; Na₂О 0.2-0.85; Р₂О₅ 0.14-0.56, при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанная цеолитосодержащая порода 40.00-50.00, концентрированная серная кислота 25.00-30.00, вода - остальное, с последующим обжигом сырьевой смеси при температуре 480-500°С в течение 20-50 минут. 2 табл.

Изобретение относится к области производства строительных материалов, а именно к промышленному получению быстротвердеющих высокопрочных цементов, изготовлению бетонных и железобетонных изделий, кроме того, оно может быть использовано и в других отраслях промышленности.

Известно, что одним из перспективных путей получения быстротвердеющих высокопрочных цементов в последние годы является способ введения в состав обычного цемента крента - добавки, получаемой в результате термохимической обработки алюмосиликатного материала (каолина, глины) с последующей сульфатизацией продукта дегидратации. (Рояк Г.С., Рояк С.М. Специальные цементы. - М.: Стройиздат, 1993. С.142-144).

Однако одним из основных условий получения таких высокоэффективных добавок, является необходимое содержание в используемом при их производстве сырье (не менее 15-25% от массы цемента) оксидов алюминия, в том числе и кислоторастворимого, в противном же случае эффективность от их введения в состав цемента снижается. (А.С.Болдырев, П.П.Золотова, А.Н.Люсов и др.; Строительные материалы: Справочник/ Под ред. А.С.Болдырев, П.П.Золотова. - М.: Стройиздат, 1989. С.73-74).

Наиболее близким решением к заявленному является способ получения сульфатно-силикатного продукта, заключающийся в том, что из каолина (глины), воды и сульфатирующего модификатора готовится суспензия, которая затем обжигается при температуре 550-600°С. (Рояк Г.С., Рояк С.М. Специальные цементы. - М.: Стройиздат, 1993. С.231-233).

К недостаткам получения такой добавки можно отнести не только жесткие требования к исходному сырью, но и достаточно высокую температуру обжига. Все это, без сомнения, повышает стоимость получаемого продукта.

Технический результат заключается в повышении прочности цементных композиций с сульфатно-силикатным продуктом. Кроме того, снижается себестоимость строительных материалов на их основе.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения сульфатно-силикатного продукта путем обжига сырьевой смеси, состоящей из алюмосиликатного материала, сульфатирующего модификатора - концентрированной серной кислоты и воды, при получении сырьевой смеси в качестве алюмосиликатного материала берут цеолитосодержащую породу следующего состава, мас.%: SiО₂ 58.66-70.87; Аl₂О₃ 8.98-12.34; Fе₂O₃ 4.37-6.24; CaO 10.64-14.51; MgO 1.84-2.14; К₂О 2.48-3.05; ТiO₂ 0.48-1.65; Na₂О 0.2-0.85; Р₂О₅ 0.14-0.56, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Указанная цеолитосодержащая порода 40.00-50.00

Концентрированная серная кислота 25.00-30.00

Вода Остальное

с последующим обжигом сырьевой смеси при температуре 480-500°С в течение 20-50 минут.

Способ осуществляют следующим образом. Вначале готовят сырьевую смесь. Цеолитосодержащую породу размельчают и увлажняют водой. Затем полученную пасту обрабатывают сульфатирующим модификатором - концентрированной серной кислотой. По истечении одних суток, необходимых для окончания протекания химических реакций, смесь подвергают термической обработке - обжигу при температуре 480-500°С в течение 20-50 минут. После обжига полученный сульфатносиликатный продукт резко охлаждают и вводят в цементное вяжущее при его помоле.

Если обжиг осуществляется при температуре ниже 480°С, то получающиеся в результате составляющие продукта не реакционноспособны. Если же температура обжига выше 550°С, то при получении продукта нецелесообразно затрачивается большая энергия. А температура обжига более 650°С и вовсе снижает качество получаемого продукта.

Оптимальное время обжига составляет 20-50 минут. При недостаточном времени термической обработки сырьевой смеси (менее 20 минут) обжиг будет не завершен, а продолжительность его более 50 минут экономически не выгодна.

Исследуют влияние полученного продукта на свойства композиций, при их наполнении в количестве 5% от массы вяжущего. Водоцементное отношение принимают равным 0,3. Начало схватывания определяют на приборе Вика. Часть образцов подвергают тепловлажностной обработке (ТВО) при температуре 45-50°С по режиму 2+4+10+ естественное остывание и определяют предел прочности при сжатии в возрасте одних суток, другие - хранят в нормально влажностных условиях (НВУ) и испытания проводят в возрасте 28 суток. Составы сырьевых смесей представлены в таблице 1. Результаты физико-технических испытаний приведены в таблице 2.

Анализируя результаты исследований можно однозначно утвердительно говорить об эффективности получения сульфатно-силикатного продукта на основе природных цеолитосодержащих пород, который можно использовать как добавку к цементным вяжущим. Из таблицы 2 видно, что при 5%-ном наполнении композиций полученным продуктом их прочность в возрасте 28 суток повышается на 15-25% по сравнению с бездобавочными, а после тепловлажностной обработки - на 35-45% и составляет 80-90% от марочной прочности ненаполненных композиций.

Необходимо отметить, что начало схватывания цементного теста с продуктом наступает быстрее, чем без нее, и при 5%-ном наполнении вяжущего приближается к ГОСТу для портландцемента. Однако, опираясь на полученные экспериментальные данные, можно прогнозировать, что большее введение полученного продукта в цемент приведет к более ранней потери пластичности его теста, что, в свою очередь, позволит отнести такое вяжущее к разряду быстротвердеющих. Использование же в качестве алюмосиликатного сырья при получении сульфатно-силикатного продукта для цементных композиций глины, также позволяет добиться некоторых результатов, но их величина несколько ниже.

Таким образом, использование сульфатно-силикатного продукта, получаемого по предлагаемому способу и ведущего себя в цементных системах как ускоритель твердения, позволит значительно повышать гидратацию вяжущего при прогреве, кроме того, снижать в них содержание цемента. Все это приведет к улучшению эффективности производства бетона и снижению его себестоимости. Кроме того, полученный сульфатно-силикатный продукт может быть использован как сорбент или катализатор в химической промышленности.

Формула изобретения

Способ получения сульфатно-силикатного продукта путем обжига сырьевой смеси, состоящей из алюмосиликатного материала, сульфатирующего модификатора - концентрированной серной кислоты и воды, отличающийся тем, что при получении сырьевой смеси в качестве алюмосиликатного материала берут цеолитосодержащую породу состава, мас.%: SiО₂ 58,66-70,87, Аl₂О₃ 8,98-12,34, Fе₂O₃ 4,37-6,24, CaO 10,64-14,51, MgO 1,84-2,14, К₂О 2,48-3,05, ТiO₂ 0,48-1,65, Na₂О 0,2-0,85, Р₂О₅ 0,14-0,56, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Указанная цеолитосодержащая порода 40,00-50,00

Концентрированная серная кислота 25,00-30,00

Вода Остальное

с последующим обжигом сырьевой смеси при температуре 480-500°С в течение 20-50 мин.