Сухая строительная смесь
Владельцы патента RU 2520652:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (RU)
Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к сухим строительным смесям, применяемым для изготовления штукатурных строительных растворов, и может быть использовано для кладки из мелких ячеистобетонных изделий. Технический результат заключается в повышении водоудерживающей способности и пластичности растворной смеси, расширении сырьевой базы, снижении себестоимости, утилизации отходов промышленности и улучшении экологической ситуации. Сухая строительная смесь содержит компоненты при следующем соотношении, мас.ч.: портландцемент 0,75-1, кварцевый песок с модулем крупности, равным 0,95-1,05, 2,9-3,0, железистый гидратный кек, измельченный до прохождения через сито с отверстиями 0,2 мм, 0,3-0,55. 4 табл.
Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к сухим строительным смесям, применяемым для изготовления штукатурных строительных растворов, и может быть использовано для кладки из мелких ячеистобетонных изделий.
Известна сухая смесь для приготовления строительного раствора, включающая следующие компоненты, мас.%: известково-цементное вяжущее 7-29, песок 71-93, органические добавки 0-0,2 (Патент РФ №2196752 С2, дата приоритета 08.12.2000, дата публикации 20.01.2003, автор Меркурьев М.В., RU).
Недостатком известной сухой смеси является то, что для обеспечения подвижности, пластичности смеси и водоудерживающей способности в ее состав входит известь, которая является искусственно приготовленным вяжущим веществом, что повышает стоимость готовой строительной смеси.
Известна сухая строительная смесь для приготовления строительных растворов, включающая следующие компоненты, мас.%: цемент 18,75-25, песок 37,5-40,625, цеолитсодержащая порода 37,5-40,625 (Патент РФ №2348588 С2, дата приоритета 03.10.2006, дата публикации 10.03.2009, авторы Василевская И.Г. и др., RU).
Недостатком известной сухой строительной смеси является то, что для обеспечения прочностных характеристик раствора на основе сухой строительной смеси необходимо использование специально добываемой цеолитсодержащей породы, что приводит к удорожанию готовой продукции.
Известна сухая строительная смесь для приготовления строительных растворов, содержащая компоненты, мас.%: цемент 25-30, известь 4-6, диатомит 20-30, песок остальное (Патент РФ №2297991 С1, дата приоритета 01.11.2005, дата публикации 27.04.2007, авторы Селяев В.П. и др., RU).
Недостатком известной сухой строительной смеси является то, что для повышения прочностных характеристик раствора и водоудерживающей способности растворной смеси необходимо иметь специально производимую известь и добывать горную породу диатомит, запасы которого ограничены и не являются повсеместно распространенными.
Известна сухая смесь для строительного раствора, принятая за прототип, включающая портландцемент и добавку, в качестве которой используют смесь отходов обогащения золотосодержащих руд и негашеной извести, предварительно совместно измельченных, при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч.: портландцемент 4,0-4,5, отход обогащения золотосодержащих руд 4,0-4,5, негашеная известь в пересчете на активную СаО 1,0-1,5 (Патент РФ №2099304 С1, дата приоритета 14.11.1995, дата публикации 20.12.1997, автор Силаенков Е.С., RU, прототип).
Недостатком прототипа является низкая водоудерживающая способность, составляющая 83,3%, а также наличие в составе сухой смеси негашеной извести и необходимость дополнительных технологических операций по совместному измельчению сырья, приводящих к удорожанию сухой смеси.
Задачей изобретения является повышение водоудерживающей способности и пластичности растворной смеси, расширение сырьевой базы, снижение себестоимости, утилизация отходов промышленности и улучшение экологической ситуации.
Для решения поставленной задачи в сухой строительной смеси, включающей портландцемент, заполнитель и пластифицирующую добавку, согласно изобретению в качестве заполнителя в ней использован кварцевый песок с модулем крупности, равным 0,95-1,05, а в качестве пластифицирующей добавки использован железистый гидратный кек - отход цветной металлургии, измельченный до прохождения через сито с отверстиями 0,2 мм, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: портландцемент 0,75-1, указанный кварцевый песок 2,9-3,0, указанный железистый гидратный кек 0,3-0,55.
В заявляемой сухой строительной смеси железистый гидратный кек, являющийся отходом цветной металлургии, использован взамен негашеной извести, что свидетельствует о расширении сырьевой базы, снижении себестоимости, утилизации отходов промышленности и улучшении экологической ситуации.
Железистый гидратный кек, использованный в заявляемых составах сухой строительной смеси, образуется в процессе аффинажа платиновых металлов на заводе «Красцветмет». Твердые промежуточные продукты аффинажа, как правило, содержат металлы платиновой группы (МПГ) и подвергаются дальнейшей переработке на собственных мощностях или направляются на предприятия отрасли. Производственные растворы аффинажных цехов после извлечения из них основной массы МПГ направляются на цементацию железом с целью окончательного извлечения МПГ до установленных нормативов и подвергаются обезвреживанию.
В дальнейшем при обезвреживании этих растворов и образуются твердые и жидкие отходы аффинажного производства. Технология обезвреживания маточных растворов аффинажного производства включает в себя следующие операции:
- обработка раствора известковым молоком;
- дистилляция и улавливание аммиака, образующегося при разложении аммонийных солей;
- фильтрование пульпы.
В результате этих операций образуются жидкие отходы, которые сбрасываются в канализацию, и твердые - в виде упомянутого кека, которые поступают в специальные кекохранилища.
По агрегатному состоянию кеки представляют собой пастообразную массу с влажностью 67-70%. Технологичность кеков связана с их высокой дисперсностью, гомогенностью и относительным постоянством состава.
По данным химического и дифференциально-термического анализа железистый гидратный кек завода «Красцветмет» состоит из двуводного гипса, в пределах 27-32%, карбоната кальция 29-38%, а также аморфных соединений железа и воды. Химический состав кека приведен в таблице 1.
| Таблица 1 | ||||
| Химический состав железистого гидратного кека | ||||
| № пробы | Содержание оксидов, мас.% | п.п.п. | ||
| CaO | SO3 | Fe2O3 | ||
| 1 | 35,45 | 18,63 | 20,22 | 25,7 |
| 2 | 33,83 | 19,88 | 21,36 | 24,93 |
| 3 | 32,15 | 21,59 | 22,90 | 23,36 |
| 4 | 31,68 | 22,78 | 23,41 | 22,13 |
| 5 | 31,11 | 21,66 | 23,43 | 21,8 |
| 6 | 29,22 | 26,64 | 22,24 | 21,9 |
После сушки при температуре 100-105ºС и помола в шаровой мельнице железистый гидратный кек имеет физико-механические свойства, представленные в таблице 2.
| Таблица 2 | |
| Физико-механические свойства железистого гидратного кека | |
| Наименование показателей | Значения показателей |
| Насыпная плотность, кг/м3 | 872 |
| Истинная плотность, кг/м3 | 1134 |
| Остаток на сите 0,2, % | 1,8-2,1 |
Подбор составов сухих штукатурных смесей с кеком производился по ГОСТ 28013-98 «Растворы строительные. Технические условия», по справочнику строителя «Отделочные работы в строительстве» и информации рекламных проспектов фирм, производящих сухие строительные смеси.
Необходимым условием получения качественных строительных растворов, в том числе и штукатурных, является их водоудерживающая способность, обеспечивающая благоприятные условия твердения и набора прочности растворами на пористом основании. Введение в сухие строительные смеси взамен извести сухого кека, размолотого до остатка 1,8-2,1% на сите с отверстиями 0,2 мм, придает смесям пластичность и однородность, обеспечивает высокую водоудерживающую способность. Составы и свойства сухих строительных смесей на цементном вяжущем и кеке приведены соответственно в таблицах 3, 4.
| Таблица 3 | ||||
| Составы сухих строительных смесей | ||||
| № состава | Состав смеси, массовые части | |||
| цемент | песок | известь | кек | |
| 1 | 1 | 3 | 0,3 | - |
| 2 | 1 | 2,9 | - | 0,3 |
| 3 | 0,95 | 3 | - | 0,35 |
| 4 | 0,9 | 3 | - | 0,4 |
| 5 | 0,85 | 3 | - | 0,45 |
| 6 | 0,8 | 3 | - | 0,5 |
| 7 | 0,75 | 3 | - | 0,55 |
| 8 | 0,7 | 3 | - | 0,6 |
| Таблица 4 | ||||||
| Свойства сухих строительных смесей | ||||||
| № состава | Плотность раствора, кг/м3 | Водоудерживающая способность, % | Прочность при изгибе, МПа, сут | Прочность при сжатии, МПа, сут | ||
| 7 | 28 | 7 | 28 | |||
| 1 | 1950 | 93,6 | 1,74 | 2,9 | 11,5 | 21,3 |
| 2 | 1900 | 95,1 | 1,72 | 2,95 | 11,2 | 22,1 |
| 3 | 1890 | 95,7 | 1,81 | 2,67 | 8,7 | 18,3 |
| 4 | 1850 | 96,1 | 1,23 | 2,43 | 5,8 | 12,6 |
| 5 | 1810 | 96,3 | 1,15 | 2,33 | 4,4 | 10,3 |
| 6 | 1790 | 96,5 | 0,49 | 1,01 | 4,1 | 8,2 |
| 7 | 1765 | 96,6 | 0,38 | 0,85 | 2,9 | 5,9 |
| 8 | 1730 | 96,6 | 0,31 | 0,81 | 2,1 | 4,3 |
| Прототип | 83,3 |
Из приведенных таблиц следует, что при замене извести на железистый гидратный кек не происходит снижения прочности раствора, но при этом снижается плотность, что также является положительным моментом с точки зрения теплофизических характеристик штукатурных и клеевых растворов, которые используются для кладки стен из ячеистобетонных блоков. Плотность штукатурных растворов с железистым гидратным кеком снижается на 50-190 кг/м3 (табл.4).
При разработке составов сухих строительных смесей использовали следующие сырьевые материалы: портландцемент М400 Красноярского цементного завода; кварцевый песок Березовского карьера (насыпная плотность 1460 кг/м3, модуль крупности Мкр=0,95-1,1). Зерновой состав песка должен соответствовать требованиям ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ. Технические условия» и содержать фракции: 1,25; 0,63; 0,315; 0,016 мм.
Количество воды для затворения сухих смесей определялось из условия обеспечения подвижности 7-8 см, в соответствии с требованиями ГОСТ 28013-98.
Из приведенных табличных данных также видно, что на основе цементно-песчано-кековой смеси возможно получение строительных растворов марок от 50 до 200 с высокой водоудерживающей способностью и сниженной плотностью, что обеспечивает растворам улучшенные теплофизические показатели.
Технология приготовления сухой строительной смеси с кеком включает следующие технологические операции. Песок, поставляемый с карьера, высушивается до 0,5% влагосодержания в вибрационном сушильном барабане при температуре 110…120°С, после выхода из сушильного барабана песок просеивается через сито 2,5 мм для удаления крупных фракций.
Сухой кек, поставляемый в виде мелкозернистого материала, предварительно измельчается и размалывается в шаровой мельнице до прохождения через сито №02.
Дозирование и смешивание компонентов сухой смеси (цемента, песка, кека) производится в смесителе принудительного действия в течение 15…20 минут.
Готовая смесь подается в бункер готовой смеси, расположенный над упаковочной машиной. Упакованная в бумажные мешки по 5, 10, 25 и 50 кг смесь доставляется на склад готовой продукции.
Готовая смесь может доставляться на объекты строительства в мешках, либо в сыпучем состоянии в автоцементовозах.
Строительные растворы на основе цементно-песчано-кековой смеси готовятся непосредственно перед использованием путем добавления к ней необходимого количества воды для обеспечения требуемой удобоукладываемости. Растворы на основе сухой смеси могут перемешиваться как ручным, так и механизированным способом.
В результате выполненных работ и промышленных испытаний установлено, что при введении кеков в штукатурный состав возможна полная замена дорогостоящей строительной извести при улучшении водоудерживающей способности, нерасслаиваемости и пластичности растворной смеси. Использование кеков расширяет номенклатуру сырьевых материалов для сухих строительных смесей, экономит природные ресурсы, необходимые для получения строительной извести, улучшает экологическую ситуацию за счет снижения выброса отходов промышленности в окружающую среду.
Сухая строительная смесь, включающая портландцемент, заполнитель и пластифицирующую добавку, отличающаяся тем, что в качестве заполнителя в ней использован кварцевый песок с модулем крупности, равным 0,95-1,05, а в качестве пластифицирующей добавки использован железистый гидратный кек - отход цветной металлургии, измельченный до прохождения через сито с отверстиями 0,2 мм, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Портландцемент | 0,75-1 |
| Указанный кварцевый песок | 2,9-3,0 |
| Указанный железистый гидратный кек | 0,3-0,55 |
