Модифицирующая добавка

Изобретение относится к составу модифицирующей добавки к цементу, бетонной смеси, строительным растворам, используемым для изготовления бетонных и железобетонных изделий, а также изделий на основе гипса. Модифицирующая добавка получена путем сушки хвостов переработки боросодержащих руд Дальнегорского месторождения с содержанием ангидрита 11-22% от массы хвостов. Указанные хвосты могут быть дополнительно подвергнуты прогреву при температуре 100-120°С с получением полуводного гипса. Технический результат - повышение прочности изделий с указанной модифицирующей добавкой. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится строительным материалам, в частности к добавкам к цементу, бетонной смеси, строительным растворам, используемым для изготовления бетонных и железобетонных изделий, а также изделий на основе гипса.

Известна модифицирующая добавка, включающая натриевую соль сульфированного продукта конденсации отходов производства фенола на основе кумилфенола и димеров α метилстирола с формальдегидом и сульфат натрия при их массовом соотношении 1:1,3 1:1,85 (см. Паус К.Ф. и др. Использование отходов производства фенола в синтезе суперпластификаторов для бетонов. - Журнал "Нефтепереработка и нефтехимия", 1986, №3, с.20).

Недостатком известного решения является сравнительно низкая прочность бетона.

Известна также модифицирующая добавка, выполненная из продукта переработки природного минерального сырья (см. RU 2168472, С04В 7/13, 2001). Добавка выполнена как продукт переработки дунита - магнийсиликатной породы Забайкалья и в сочетании с минералами портландцементного клинкера способствует интенсификации процесса гидратации и твердения цемента.

Недостаток этого технического решения - необходимость дополнительного использования гипсосодержащего компонента, кроме того, для производства добавки необходима организация добычи и переработки (дезинтегрирования) сырья, что требует значительного расхода энергии, материальных и трудовых ресурсов на производство добавки. Кроме того, диапазон использования добавки ограничивается цементом одного конкретного типа.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в снижении затрат материально-технических ресурсов на производство добавки при расширении спектра применения добавки.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении возможности получения бетонов и/или строительных материалов более высоких марок по прочности, чем получаемые известными способами при известных технологиях формирования бетонных смесей. Кроме того, резко снижаются затраты материально-технических ресурсов на производство добавки. Кроме того, обеспечивается эффективная утилизация отходов горно-химического (борного) производства, ежегодный объем которых составляет десятки тысяч тонн, и отпадает необходимость завоза гипса в Дальневосточный регион, поскольку названные отходы находятся в районе Дальнегорского месторождения датолит-волластонитовых скарнов (Приморский край).

Поставленная задача решается тем, что модифицирующая добавка, выполненная из продукта переработки природного минерального сырья, отличается тем, что в качестве продукта переработки природного минерального сырья использованы хвосты серно-кислотной переработки боросодержащего минерального сырья, со сроком хранения менее одного месяца после их вывода из процесса переработки боросодержащего минерального сырья. Кроме того, используют хвосты серно-кислотной переработки боросодержащего минерального сырья предварительно подвергнутые прогреву при температуре 100-120°С.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований, а именно взаимодействие отходов серно-кислотной переработки боросодержащего минерального сырья с компонентами бетонной смеси обеспечивает положительную реакцию на достижение технического результата - повышение прочности.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Отходы серно-кислотной переработки боросодержащего минерального сырья (Дальнегорское месторождение датолит-волластонитовых скарнов - Приморский край), входящие в состав цемента, являются тонкодисперсным материалом, содержащим СаSO₄·2Н₂О в смеси с SiO₂ следующего химического состава и незначительного количества других минеральных примесей, мас.% (см. табл.1).

Отходы - результат производственной деятельности производственного объединения «БОР» (г.Дальнегорск).

В данном техническом решении это сырье используется в качестве модифицирующей добавки впервые.

При этом признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение комплекса функциональных задач.

Признаки, указывающие, что «в качестве продукта переработки природного минерального сырья использованы хвосты серно-кислотной переработки боросодержащего минерального сырья», обеспечивают возможность вовлечения в повторное использование отходов горно-химического производства (тонкодисперсного материала - измельченного в процессе его переработки), содержащего СаSO₄·2Н₂О в смеси с SiO₂ как базовые ингредиенты, обеспечивающие повышенную активность цемента и высокую прочность цементного камня.

Признаки, указывающие, что срок хранения хвостов «менее одного месяца после их вывода из процесса переработки боросодержащего минерального сырья», обеспечивают возможность получения добавки из сырья с повышенным содержанием ангидрита (безводного гипса) и тем самым обеспечивают возможность проведения процесса термообработки при температурах, близких к 100°С. Признаки второго пункта формулы позволяют повысить содержание 0,5 - водного гипса в конечном продукте.

Технология получения добавки заключается в следующем.

Поскольку для производства добавки используют хвосты со сроком хранения менее одного месяца после их вывода из процесса переработки боросодержащего минерального сырья, то производство добавки фактически может быть сведено к сушке отбираемых хвостов и их расфасовке, поскольку кальцийсодержащий компонент добавки фактически представляет собой ангидрит. При этом термообработка при температуре около 120°С позволяет повысить содержание 0,5 - водного гипса в конечном продукте и тем самым повысить общую активность добавки.

Продолжительность операции термообработки определяется рабочими параметрами оборудования (в основном толщиной слоя прогреваемых отходов) и для каждого типоразмера печей определяется экспериментально, с отбором и анализом проб материала на содержание CaSO₄·0,5Н₂О (при различных продолжительностях термообработки), после чего используется для управления операцией термообработки. Данная операция может быть реализована в рамках термического блока, обеспечивающего прогрев отходов в заданных пределах и выполненного по типу малогабаритных печей барабанного типа, используемых для обжига известняка и снабженных соответствующим комплектом контрольно-измерительной аппаратуры.

Готовую добавку фасуют известным образом и отправляют потребителю.

Процедура использования добавки не отличается от известных и соответствует использованию известных добавок с подобными целями и заключается в ее дозировании в проектных пропорциях (если добавку используют для приготовления цементов, то ее используют в пределах 4,5-9 мас.% от массы клинкера, если добавку используют для приготовления бетонных смесей и/или строительных растворов, то ее используют в количестве 1-4% от массы раствора). Далее ее смешивают с остальными компонентами и затворяют смесь водой (целесообразно специально подготавливать эту воду, доводя ее рН не менее чем до 11 - для этого в м³ воды размешивают 100 кг NaOH, или 120 кг Na₂CO₃, или 150 кг Са(ОН)₂).

Процесс укладки готовой смеси (бетона, строительного раствора и т.п.) в формы или опалубку не отличается от известных.

Для выбора оптимального состава были приготовлены бетонные смеси, отличающиеся друг от друга содержанием модифицирующей добавки 0, 1, 2, 3, 4 от массы смеси (при этом в составе смеси содержание цемента марки 400 от массы смеси - 22%, наполнителя - 66%). Вода, рН которой доведена не менее чем до 11, - остальное.

Модифицирующую добавку в оговоренной пропорции перемешивают с цементом и мелким заполнителем - кварц-полевошпатовым песком, после чего смесь тщательно перемешивают в течение 5 мин, а затем вводят необходимое количество воды. Образцы - кубы размером 2×2×2 (дм) готовят из приготовленной смеси при водоцементном отношении не менее 0,4 и консистенции раствора, характеризуемой расплавом конуса на встряхивающем столике не менее 105 мм. Формование образцов проводят на виброуплотняющей установке. Образцы в формах хранят 24 часа во влажных условиях, после чего подвергают термо-влажностной обработке или хранят в течение 28 суток в лабораторных условиях.

Пример 1. Контрольный (модифицирующая добавка не использовалась). Через 7 суток хранения в нормальных условиях образцы испытывают на прочность. Образцы имели прочность при сжатии 13,7 МПа, среднюю плотность 1431,4 кг/м³. Также образцы хранили 28 суток в нормальных условиях. При этом прочность при сжатии составила 14,3 МПа, средняя плотность не изменилась.

Пример 2. Смесь состава, мас.%: модифицирующая добавка, содержащая 11% ангидрита от массы хвостов, - 1, затворенная водой цементно-песчаная смесь - 99. Прочность при сжатии через 7 суток - 32,7 МПа, средняя плотность 1518,6 кг/м³. Прочность при сжатии через 28 суток - 38,3 МПа.

Пример 3. Смесь состава, мас.%: модифицирующая добавка, содержащая 12% ангидрита от массы хвостов, - 2, затворенная водой цементно-песчаная смесь - 98. R_сж через 7 суток равна 38,3 МПа, P_cp - 2247,5 кг/м³. R_cж после 28 суток равна 46,2 МПа.

Пример 4. Смесь состава, мас.%: модифицирующая добавка, теромообработанная при 120°С с получением полуводного гипса, содержащая 20% ангидрита от массы хвостов, - 3, затворенная водой цементно-песчаная смесь - 97. R_сж через 7 суток равна 39,3 МПа, R_cp - 2247,5 кг/м³. R_сж после 28 суток равна 48,2 МПа.

Пример 5. Смесь состава, мас.%: модифицирующая добавка, содержащая 15% ангидрита от массы хвостов, - 4, затворенная водой цементно-песчаная смесь - 96. Прочность при сжатии через 7 суток равна 35,8 МПа, средняя плотность - 2239,1 кг/м³, R_сж через 28 суток равна 43,2 МПа.

Предлагаемая добавка отличается от прототипа тем, что она представляет собой хвосты переработки боросодержащего минерального сырья.

Вышеизложенное свидетельствует о возможности осуществления изобретения с получением указанного технического результата, что позволяет сделать вывод о соответствии предложения условию "промышленная применимость".

1. Модифицирующая добавка, полученная путем сушки хвостов серно-кислотной переработки природного боросодержащего сырья, отличающаяся тем, что используют хвосты переработки боросодержащих руд Дальнегорского месторождения с содержанием ангидрита 11-22% от массы хвостов.

2. Модифицирующая добавка по п.1, отличающаяся тем, что указанные хвосты дополнительно подвергнуты прогреву при температуре 100-120°С с получением полуводного гипса.