Состав для серного бетона


 


Владельцы патента RU 2448924:

Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "ВОсТЭП" (RU)
Учреждение Российской академии наук Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может найти применение при изготовлении подземных конструкций - свай, фундаментов, подпорных стен, стен опускных колодцев, ограждающих конструкций тоннелей, элементов кровли, дорожных покрытий - бортовых камней, тротуарной плитки, сливных лотков, а также плит, настилов, прогонов, балок, ферм, арок, рам, декоративно-художественных изделий - памятников, барельефов.

Технический результат - утилизация отхода производства и получение бетона с низкой открытой пористостью и заданными плотностью и прочностью. Состав для серного бетона содержит вяжущее - серу элементарную и модификатор, а также заполнитель на основе шлама водоподготовки для объектов муниципального водоснабжения, предварительно отожженного при температуре 200°С и измельченного до крупности менее 0,15 мм, а в качестве модификатора - порошок оксида алюминия с размером частиц 64÷73 нм при следующем соотношении компонентов (масс.%): сера элементарная 20-60, оксид алюминия 1,2-2,2, указанный шлам водоподготовки для объектов муниципального водоснабжения 38,2-77,8. 2 пр.

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может найти применение при изготовлении подземных конструкций (свай, фундаментов, подпорных стен, стен опускных колодцев, ограждающих конструкций тоннелей); элементов кровли; дорожных покрытий (бортовых камней, тротуарной плитки, сливных лотков); частей покрытий (плит, настилов, прогонов, балок, ферм, арок, рам); декоративно-художественных изделий (памятников, барельефов).

Известна серобетонная смесь, содержащая серное вяжущее, в состав которого входят сера и модификатор, причем в качестве модификатора вяжущее содержит бициклические терпены - пинен в количестве 0,1-5% от массы серы, и наполнитель - щебень фракции 5-10 мм, песок речной фракции 0,5-2,5 мм и минеральную муку при следующем соотношении компонентов наполнителя, мас.%: щебень - 40-60, песок - 20-30, минеральная мука - остальное, при этом серобетонная смесь содержит, мас.%: серное вяжущее - 5,005-31,5; наполнитель - остальное (патент RU 2306285, МПК C04D 12/00, 2007 год).

Недостатком известного способа является использование в качестве наполнителя природных материалов - щебня и песка. Во-первых, их использование предполагает трудоемкую технологию подготовки исходных материалов, которая включает поступление песка и щебня на склад, откуда они подаются раздельно в соответствующие загрузочные бункеры с ленточными питателями. Затем элеватором их подают на грохоты для отсева камней и посторонних включений, для получения щебня определенной фракции его дополнительно измельчают и совместно с песком подают в бункера-накопители, а из них в сушильный барабан. Во-вторых, песок и щебень являются заполнителями крупной фракции, выполняя в основном роль скелета, при этом незначительно влияют на основные физико-механические свойства бетона (плотность, площадь удельной поверхности). Кроме того, при использовании щебня в качестве заполнителя существуют ограничения в его составе по наличию глинистых частиц, количество которых не должно превышать 1 масс.%.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является состав для серных бетонов, включающий (мас.%): отход производства серной кислоты на основе серы элементарной (на сухое вещество) 56-66; песок 9-21; шламовый осадок водоосветлителей на основе карбонатов (на сухое вещество) 10-30; жидкий отход производства полистирола на основе стирола (на сухое вещество) 3-5 (патент RU 2088549, С04В 28/36, 1997 год) (прототип). При этом шламовый осадок водоосветлителей, имеющий состав, (мас.%): СаСО3 44,0÷73,0; MgCO3 4,0÷9,0; общее железо в пересчете на Fе2O3 0,5÷8,8; SiO2 4,1÷7,6; FeSO4 0,5÷2,2; Аl2О3 0,6÷1,8; получают в теплоэнергетических производствах на установках осветления (умягчения) речной воды путем известкования воды раствором Са(ОН)2 и коагуляцией раствором FeSO4 с последующим осветлением на механических фильтрах. Прочность на сжатие полученного из состава серного бетона равна 29,1÷71 МПа через 28 суток после затвердевания.

Известное техническое решение позволяет утилизировать шламовый осадок теплоэнергетических производств. Однако для улучшения общей экологической обстановки необходима утилизация различных видов шламов водоочистки и водоподготовки, скапливающихся в огромных количествах. Утилизация подобного вида шламов в качестве компонента строительных материалов, в частности бетонов, позволяет значительно расширить сырьевую базу их производства.

Перед авторами стояла задача расширения сырьевой базы для получения составов для серных бетонов, соответствующих стандартным требованиям по уровню рабочих характеристик, за счет использования новых заполнителей. При этом желательно использование шламовых отходов, обеспечивая таким образом их утилизацию.

Поставленная задача решена в предлагаемом составе для серного бетона, содержащем вяжущее, включающее серу элементарную и модификатор, заполнитель на основе шламового осадка водоочистных сооружений, который содержит в качестве шламового осадка водоочистных сооружений шлам водоподготовки для объектов муниципального водоснабжения, предварительно отожженный при 200°C, а в качестве модификатора - оксид алюминия с размером частиц 64÷73 нм при следующем соотношении компонентов (масс.%):

сера элементарная 20÷60;
оксид алюминия 1,8÷2,2;
шлам водоподготовки для объектов
муниципального водоснабжения 38,2÷77,8

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы неизвестен состав для серных бетонов, содержащий в качестве заполнителя шлам водоподготовки для объектов муниципального водоснабжения и наноразмерный порошок оксида алюминия в предлагаемых пределах содержания всех компонентов.

На сегодняшний день из оборудования по подготовке воды для объектов муниципального водоснабжения извлекают ежегодно порядка 152 тыс. тонн шлама. Шлам сгружается в специальные отстойники в виде отвалов для хранения и не утилизируется.

Исследования, проведенные авторами, позволили установить возможность использования шлама водоподготовки для объектов муниципального водоснабжения в качестве заполнителя в составе серного бетона. В ходе исследований необходимо было определить, что шлам соответствует требованиям, предъявляемым к материалам, используемым в качестве инертного заполнителя серных бетонов. Заполнитель, выполняющий роль структурообразователя бетона, предпочтительно должен быть тонкодисперсным материалом с удельной поверхностью не менее 0,2 м2/г, химически инертный, стойкий к агрессивным средам, обладать водонепроницаемостью, атмосферо- и морозоустойчивостью, низкой тепло- и электропроводностью. В результате проведенных исследований авторами установлено, что шлам водоподготовки для объектов муниципального водоснабжения отвечает всем необходимым требованиям. Так, в качестве заполнителя используется фракция отожженного при 200°C шлама с удельной поверхностью 42,3 м2/г. Исследования показали, что температура отжига шлама имеет существенное значение, оказывая влияние на площадь удельной поверхности частиц шлама. При снижении или увеличении температуры ниже или выше 200°C площадь удельной поверхности уменьшается (так, при отжиге при 100°C она равна 33,8 м2/г, а при 400°C и 500°C - 39,07 м2/г и 35,37 м2/г, соответственно). Экспериментальные исследования, проведенные авторами, установили возможность использования в качестве модификатора наноразмерного порошка оксида алюминия. Исследования проводились с использованием порошка оксида алюминия фазового состава γ-Аl2О3 - 30÷57% и δ-Аl2O3 - 43÷70%; с расчетной плотностью 3,47÷3,54 г/см3 и размером частиц 16÷73 нм, полученного в соответствии со способом получения наночастиц оксида металла (патент RU 2384522). В результате экспериментально установлено, что лучшие результаты по прочностной характеристике достигаются при использовании порошка с размером частиц в диапазоне 64÷73 нм. Кроме того, авторам предлагаемого технического решения необходимо было провести экспериментальные исследования по определению физико-химической совместимости компонентов состава, в частности определяющей характеристикой является способность заполнителя смачиваться жидким компонентом серного вяжущего. Экспериментальным путем было установлено, что на поверхности частиц шлама в процессе остывания серы формируются однородные кристаллиты, размеры которых значительно меньше, чем в объеме свободной серы. При оптимальной степени содержания заполнителя практически вся сера переходит в более однородное и мелкокристаллическое состояние, что и обусловливает получение достаточно высокой прочности получаемого бетона. Таким образом, существенным признаком предлагаемого технического решения является количественное содержание компонентов. Так, при содержании серы менее 20 масс.%, оксида алюминия менее 1,8 масс.%, а шлама водоочистки для объектов муниципального водоснабжения более 77,8 масс.% наблюдается снижение прочности на сжатие. При содержании серы более 60 масс.%, оксида алюминия более 2,2 масс.%, а шлама водоочистки для объектов муниципального водоснабжения менее 38,2 масс.% также наблюдается снижение прочности на сжатие.

Предлагаемое техническое решение может быть осуществлено следующим образом. В качестве исходных материалов для получения серного вяжущего используют серу техническую газовую гранулированную и наноразмерный порошок оксида алюминия, полученный по патенту RU 2384522. В качестве заполнителя используют шлам водоочистки для объектов муниципального водоснабжения. Используемый шлам предварительно отжигают при температуре 200°С и измельчают до крупности менее 0,15 мм. Смешивают серу с модификатором (оксидом алюминия) и помещают в емкость, снабженную мешалкой, нагревают до температуры 130÷135°C, выдерживают при этой температуре при непрерывном перемешивании до полного расплавления смеси. После чего в расплав добавляют предварительно нагретый и измельченный шлам водоочистки для объектов муниципального водоснабжения и тщательно перемешивают до получения гомогенной массы. Полученный серный бетон выливают в предварительно нагретые формы, механически уплотняют и охлаждают при комнатной температуре. Распалубку готовых изделий производят после остывания до 28÷30°C. Предел прочности на сжатие, плотность, пористость определяют на образцах размером 1×1×7 см. Прочность на сжатие полученных образцов соответствует средней прочности на сжатие бетона марок М400÷М550.

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Для получения серного вяжущего 20 г (20 масс.%) серы технической газовой гранулированной (ТУ 2112-096-31323949-3003) и 1,8 г (2,2 масс.%) порошка оксида алюминия с размером частиц 73 нм. В качестве заполнителя используют шлам водоподготовки для объектов муниципального водоснабжения состава, масс.%: Аl(ОН)3 - 26,8; NH4OH - 0,02; Fе(ОН)3 - 3,7; КОН - 0,4; СаСО3 - 2,2; SiO2 - 29,4; MgCO3 - 35,88; MnO - 1,1; NaOH,- 0,5. Используемый шлам предварительно отжигают при температуре 200°С в течение 2-х часов и измельчают до крупности менее 0,15 мм. Смешивают серу и оксид алюминия, помещают в емкость, снабженную мешалкой, нагревают до температуры 130°С, выдерживают при этой температуре при непрерывном перемешивании в течение 40 мин. После чего в расплав добавляют 77,8 г (77,8 масс.%) предварительно отожженного и измельченного шлама водоподготовки для объектов муниципального водоснабжения и тщательно перемешивают в течение 5 минут до получения гомогенной массы. Полученный серный бетон выливают в предварительно нагретые формы, механически уплотняют и охлаждают при комнатной температуре. Распалубку готовых изделий производят после остывания до 28÷30°С. Предел прочности на сжатие 57,28 МПа. Плотность 2,35 г/см3. Пористость (объем открытых пор, %) 3,65.

Пример 2. Для получения серного вяжущего 60 г (60 масс.%) серы технической газовой гранулированной (ТУ 2112-096-31323949-3003) и 2,2 г (1,8 масс.%) порошка оксида алюминия с размером частиц 64 нм. В качестве заполнителя используют шлам водоподготовки для объектов муниципального водоснабжения состава, масс.%: Аl(ОН)3 - 26,8; NH4OH - 0,02; Fе(ОН)3 - 3,7; КОН - 0,4; СаСО3 - 2,2; SiO2 - 29,4; MgCO3 - 35,88; MnO - 1,1; NaOH - 0,5. Используемый шлам предварительно отжигают при температуре 200°C в течение 2-х часов и измельчают до крупности менее 0,15 мм. Смешивают серу и оксид алюминия, помещают в емкость, снабженную мешалкой, нагревают до температуры 135°C, выдерживают при этой температуре при непрерывном перемешивании в течение 40 мин. После чего в расплав добавляют 38,2 г (38,2 масс.%) предварительно отожженного и измельченного шлама водоподготовки для объектов муниципального водоснабжения и тщательно перемешивают в течение 5 минут до получения гомогенной массы. Полученный серный бетон выливают в предварительно нагретые формы, механически уплотняют и охлаждают при комнатной температуре. Распалубку готовых изделий производят после остывания до 28÷30°C. Предел прочности на сжатие 40,06 МПа. Плотность 2,30 г/см3. Пористость (объем открытых пор, %) 3,94.

Таким, образом, предлагаемое техническое решение позволяет расширить сырьевую базу для получения составов для серного бетона, рабочие характеристики которого соответствуют стандартным требованиям. Кроме того, использование предлагаемого технического решения позволяет утилизировать большие объемы шламов водоподготовки для объектов муниципального водоснабжения.

Состав для серного бетона, содержащий вяжущее, включающее серу элементарную и модификатор, а также заполнитель на основе шламового осадка водоочистных сооружений, отличающийся тем, что он содержит в качестве шламового осадка водоочистных сооружений шлам водоподготовки для объектов муниципального водоснабжения, предварительно отожженный при температуре 200°С и измельченный до крупности менее 0,15 мм, а в качестве модификатора - порошок оксида алюминия с размером частиц 64÷73 нм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

сера элементарная 20-60
оксид алюминия 1,2-2,2
шлам водоподготовки для объектов
муниципального водоснабжения 38,2-7,8


 

Похожие патенты:
Вяжущее // 2448067
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может найти применение при изготовлении полов, лотков, фундаментов, тротуарных и футеровочных плиток, дорожных ограждений, бортовых камней, других конструкций и сооружений, особенно подверженных кислотной и солевой агрессии.
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может найти применение при изготовлении изделий на основе серы, например, фундаментов, полов, лотков, тротуарных и футеровочных плиток, дорожных ограждений, бортовых камней, а также для заливки швов футеровки при защите строительных конструкций от коррозии и ведения ремонтно-восстановительных работ в промышленном и гражданском строительстве.
Изобретение относится к серобетонной смеси и способу ее получения и может найти применение для изготовления строительных изделий. .

Изобретение относится к производству машиностроительных материалов и может быть применено для изготовления деталей в виде втулок, шестерен, абразивных кругов. .
Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности к изготовлению бетонных изделий и дорожных покрытий. .
Изобретение относится к строительным материалам на полимерной основе, применяемым при изготовлении химически стойких изделий и конструкций. .
Изобретение относится к области строительства и ведения ремонтно-восстановительных работ в промышленном и гражданском строительстве, в частности к получению серного вяжущего, применяемого в производстве серобетона, а также различных строительных изделий.
Изобретение относится к составам строительных бетонов и растворов, содержащих серу. .
Изобретение относится к составам строительных бетонов и растворов, содержащих серу. .
Изобретение относится к способам воздействия на свойства составов строительных растворов или модифицирования их свойств, в частности серных бетонов. .
Изобретение относится к способу модификации и грануляции серы и может найти применение в промышленности строительных материалов при производстве вяжущих веществ

Изобретение относится к способам снижения содержания сероводорода в асфальте
Изобретение относится к композиционным строительным материалам, изготовленным на основе серы, и может быть использовано для изготовления элементов ограждающих конструкций, предназначенных для эксплуатации в условиях воздействия агрессивных сред, а также в условиях воздействия ионизирующих излучений. Технический результат изобретения - увеличение стойкости к воздействию агрессивных сред. Наномодифицированный композит на термопластичной матрице, содержащий серу, ферроборовый шлак с удельной поверхностью 150 м2/кг и модифицирующую добавку, в качестве модифицирующей добавки содержит раствор каучука СКДН-Н в керосине с концентрацией в пределах от 5 до 10 мас.% при следующем содержании компонентов, мас.%: сера 38,11, ферроборовый шлак с удельной поверхностью 150 м2/кг 61,75 указанный каучук 0,14. 1 табл.

Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано для модифицирования портландцементных бетонов и растворов. Технический результат - коррозионная стойкость и повышение долговечности изделий и конструкций, эксплуатируемых в мягкой воде, усиление сопротивляемости изделий знакопеременным механических нагрузкам. Способ обработки портландцементных строительных материалов включает пропитку препаратом на основе раствора серы в гидроксиде кальция и последующее осушение пористого материала. Концентрация серы в гидроксиде кальция составляет 60-90 г/л. Осушение пропитанного материала осуществляют тепловой обработкой при температуре 40-100°C в течение 2-6 часов. 2 табл.
Изобретение может быть использовано для получения бетонов и композитных материалов на основе серы. Способ получения стабильного связывающего серу композитного материала включает подготовку твердого заполнителя, пропитку заполнителя органическим модификатором, нагревание и осушение пропитанного модификатором заполнителя, смешивание его с элементарной серой и охлаждение до формирования твердого продукта. Изобретение позволяет получить стабильный и высокопрочный связывающий серу композитный материал. 2 н. и 57 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к составу повышения прочности и морозостойкости серобетона, применяемого при производстве строительных материалов и других конструкций и сооружений. Состав для серных бетонов, содержащий газовую серу и мазут, дополнительно содержит отработанный и регенерированный проппант в виде гранулированных алюмосиликатных гранул размером 0,2-2 мм и полимерную добавку - измельченные вторичные отходы полиэтилентерефталата, при следующем соотношении компонентов, мас.%: газовая сера - 11-21, мазут - 3,85, полимерная добавка - 0,15, проппант - 75-85. Технический результат - повышение прочности и морозостойкости серобетона. 1 пр., 2 табл.

Изобретение может быть использовано в строительстве, в резинотехнической промышленности, в производстве минеральных серосодержащих удобрений. Технологическая линия для производства серополимерного вяжущего включает в себя приемный бункер 1, аппарат вихревого слоя АВС 2, плавильную емкость 3, емкость для одоранта-модификатора 4, компрессор 5, полупогружной насос 7, воздухопровод 8, люк для удаления примесей 9 и вытяжную трубу 6. Технологическая линия снабжена наклонной частью 6а длиной 5 м от вытяжной трубы 6 до плавильной емкости 3. Изобретение позволяет снизить выбросы серы в атмосферу. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к асфальтобетонным смесям, используемым для устройства покрытий автомобильных дорог, аэродромов, спортивных площадок, автомобильных стоянок и т.п. во всех климатических зонах. Технический результат - увеличение прочности и водостойкости асфальтобетона при снижении его себестоимости. Асфальтобетонная смесь, включающая вяжущее на битумной основе и минеральную часть, содержащую щебень, шлаковый песок размером 0-5 мм и минеральный порошок, содержит указанное вяжущее, дополнительно включающее серу при соотношении серы с битумом 10-40:60-90, указанное серобитумное вяжущее в количестве 3,5-5,0 мас.% по отношению к минеральной части, в качестве минерального порошка - тонкодисперсные отвальные «хвосты» нейтрализации отходов металлургического завода, получаемые при очистке жидкой фазы пульпы отходов серосульфидной флотации медно-никелевого сульфидного концентрата от железа и цветных металлов, а в качестве щебня - известняковый щебень и указанного песка - песок из шлаков Надеждинского металлургического комбината при следующем соотношении компонентов, мас.%: битум 2,7-4,0 сверх 100%, сера 0,35-1,8 сверх 100%, указанный щебень 50,5-60,0, указанный шлаковый песок 33,5-41,3, указанный минеральный порошок 5,5-10,0. 9 табл.

Вяжущее // 2555166
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении вяжущего для растворов и бетонов, конструкций из них. Технический результат - повышение прочности серобетона на основе вяжущего. Вяжущее содержит: наполнитель, серу, стабилизатор, в качестве наполнителя используют кремнеземсодержащие соединения - опал-кристобалитовые породы, а в качестве модификаторов-стабилизаторов - хлорид алюминия, хлорид титана, хлорид цинка, хлорид железа при следующем соотношении компонентов, масс.%: кремнеземсодержащие соединения 58,6-62,0; сера 37,0-38,4; хлорид алюминия, или хлорид титана, или хлорид цинка, или хлорид железа 1,0-3,0. Технический результат - повышение прочности на сжатие, уменьшение водопоглощения, морозостойкости, коррозионной стойкости к воздействию хлорной кислоты или серной кислоты. 1 табл.

Изобретение относится к способам получения серных бетонов для его использования в изготовлении строительных конструкций и производстве строительных изделий, подверженных кислотной и солевой агрессии. Состав для серных бетонов, содержащий серное вяжущее и инертный заполнитель, отличающийся тем, что серное вяжущее получают путем смешения при температуре 135°C в аппарате вихревого смешения в течение 45-60 сек серы с добавлением мазута в массовом соотношении 6:1 и распылением аммиака и фумаровой кислоты из расчета 200 мг и 1000 мг на 1 м3 серы, соответственно, до получения однородной смеси, а инертный заполнитель содержит следующий фракционный состава в мас.%: отсев дробления щебня - фракция 20-10 мм - 10, фракция 10-5 мм - 10, фракция 5-2,5 мм - 10; речной промытый песок - фракция 2,5-1,25 мм - 10, фракция 1,25-0,63 мм - 15, фракция 0,63-0,315 мм - 15, фракция 0,315-0,071 мм - 15; помол речного промытого песка - фракция 0,071 мм и менее - 15. Для получения состава можно использовать серное вяжущее и инертный заполнитель в массовом соотношении 23:77. Технический результат - повышение прочности и огнестойкости бетона. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Наверх