Бетонная смесь
Владельцы патента RU 2734752:
Акционерное общество "Газпромнефть - Омский НПЗ" (АО "Газпромнефть-ОНПЗ") (RU)
Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для изготовления бетонных изделий промышленного и гражданского строительства. Бетонная смесь содержит портландцемент, заполнитель, пластификатор "Штайнберг УПБС-МБ", воду затворения и минеральную добавку – фильтровальный шлам каталитического крекинга в количестве 1–20% от массы цемента, имеющую влажность не более 58 мас.% и содержащую в пересчете на сухое вещество, мас.%: оксид натрия 0,5–4, оксид алюминия 20–45, оксиды железа 0–0,6, сульфат натрия 0–3,5, оксид кремния – остальное. Технический результат – повышение прочности бетона при сжатии, сокращение расхода портландцемента, утилизация фильтровального шлама каталитического крекинга. 1 табл., 8 пр.
Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для изготовления бетонных изделий как для гражданского, так и для промышленного строительства.
Известен состав бетона повышенной прочности (Патент США 20020117090 А1) на основе портландцемента, в составе которого 0,5-40% портландцемента заменены на цеолит, причем в качестве предпочтительных вариантов указываются цеолиты типов А, X и Y. Технический результат – повышение прочности бетона – достигается за счет пуццолановой реакции цеолитов с компонентами портландцемента, которая приводит к уменьшению количества пустот в бетоне и обеспечивает более высокую прочность на сжатие. Основным недостатком изобретения является высокая стоимость цеолитов А, X и Y, которые являются синтетическими продуктами и используются в качестве компонентов адсорбентов и катализаторов.
Известна цементная композиция, используемая для тампонажа буровых скважин (патент Канады 2917286 С), в состав которой входит отработанный цеолитсодержащий катализатор каталитического крекинга, имеющий следующий состав (в пересчете на оксиды): оксид алюминия 65-95, диоксид кремния 1-15, оксид фосфора (V) 1-10, триоксид серы 1-5, оксид кальция 0,1-1,0, оксид железа (III) 2-5, оксид кобальта 0,5-1,0, оксид никеля 1-3, оксид молибдена 5-30. Основной технический результат изобретения – снижение газопроницаемости бетона.
Изобретением, наиболее близким к предлагаемому по техническому результату, является цементно-бетонная смесь на основе вяжущего, в качестве которого может использоваться портландцемент, шлаковый цемент, известь (предпочтительно портландцемент) (патент США 4231801, прототип). С целью повышения прочности цементо-бетонной смеси, а также снижения ее стоимости, 1-25% от массы вяжущего заменяется пылью отработанных алюмосиликатных катализаторов, содержащих 13-51% оксида алюминия (предпочтительно 33%). Для изготовления смеси может использоваться пыль шариковых, цилиндрических и микросферических цеолитсодержащих катализаторов крекинга, в том числе содержащих редкоземельные металлы.
Наряду с очевидными достоинствами, прототип имеет существенные недостатки. Так при приготовлении цементо-бетонных смесей по прототипу подразумевается использование пыли катализаторов крекинга в сухом виде, то есть пыли, полученной из катализаторов, выгруженных с соответствующих технологических установок, а также катализаторной пыли, отделенной в циклонах или электрофильтрах технологических установок каталитического крекинга.
В то же время, современные установки каталитического крекинга оснащаются системами комплексной очистки отходящих газов регенерации от SOX, NOX и катализаторной пыли, например по технологии BELCO EDV Wet Scrubbing (https://www.dupont.com/products-and-services/clean-technologies/producst/belco-clean-air/sub-products/edv-wet-scrubbing-systems.html, Патент EC 1663861 В). Данная технология включает в себя процесс доокисления NO до NO2 озоном, и очистку отходящих газов регенерации каталитического крекинга от NO2, SO2 и SO3 и катализаторной пыли путем поглощения этих компонентов раствором щелочи в скруббере. В результате взаимодействия оксидов серы и азота с раствором щелочи протекают реакции образования солей - Na2SO3, Na2SO4, NaNO3. Щелочной раствор, содержащий нитратные, сульфатные и сульфитные соли натрия, а также взвешенную катализаторную пыль выводится из скруббера и подвергается фильтрованию с выделением фильтровального шлама, содержащего катализаторную пыль и раствор солей в поровом и межгранульном пространстве. Получаемый фильтровальный шлам содержит не менее 42% твердого вещества, включая катализаторную пыль и растворенные соли. Фильтровальный шлам, как правило, складируется на полигонах технических отходов и далее не перерабатывается.
Предлагаемое изобретение решает задачи экономии связующего при производстве бетона, а также повышения прочности бетона.
Поставленные задачи решаются тем, что в бетонную смесь, содержащую портландцемент, песок, щебень, воду, пластификатор дополнительно вводят в количестве 1-20% от массы цемента (в пересчете на сухое вещество) фильтровальный шлам с установок каталитического крекинга с влажностью до 58 мас.%, содержащий (в пересчете на сухое вещество):
оксид натрия | 0,5-4 |
оксид алюминия | 20-45 |
оксиды железа | 0-0,6 |
сульфат натрия | 0-3,5 |
оксид кремния - остальное
В качестве пластификатора в смесь вводят ускоритель-пластификатор на лигносульфонатной основе "Штайнберг УПБС-МБ" (ТУ 20.59.59-004-45419370-2018) для ускорения схватывания и повышения удобоукладываемости бетонной смеси.
Технический результат – повышение прочности бетона - достигается за счет дополнительного образования гидросиликатов кальция при реакции компонентов портландцемента (оксида кальция) с кремнийсодержащими компонентами пыли катализатора крекинга (цеолит, аморфный алюмосиликат, монтмориллонитовая или каолиновая глина). Дополнительно за счет вовлечения в состав полезного продукта - бетона, решается задача утилизации фильтровального шлама катализатора с установок каталитического крекинга.
Приготовление бетонной смеси осуществляют путем смешения портландцемента, заполнителей (песка, щебня), добавки (фильтровального шлама каталитического крекинга), пластификатора и воды затворения в смесителе до образования однородного цементного теста, укладывают в форму и уплотняют вибрационным способом. После затвердевания изделия извлекают из форм и направляют на склад готовой продукции.
Таблица. Состав и свойства бетонных смесей.
Компонент | Массовая доля компонента, % | |||||||
Пр. 1 | Пр. 2 | Пр. 3 | Пр. 4 | Пр. 5 | Пр. 6 | Пр. 7 | Пр. 8 | |
Портландцемент | 18,3 | 15,6 | 14,6 | 15,6 | 15,6 | 18,1 | 14,6 | 13,7 |
Щебень | 45,3 | 45,3 | 45,3 | 45,3 | 45,3 | 45,3 | 45,3 | 45,3 |
Песок | 28,7 | 28,7 | 28,7 | 28,7 | 28,7 | 28,7 | 28,7 | 28,7 |
Добавка | 0,0 | 2,7 | 8,7 | 6,5 | 6,5 | 0,4 | 8,7 | 10,9 |
Вода | 7,6 | 7,6 | 2,6 | 3,8 | 3,8 | 7,4 | 2,6 | 1,3 |
Пластификатор | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
Сущность изобретения демонстрируется следующими примерами:
Пример 1. (контрольный образец). Для приготовления бетонной смеси без добавки используют портландцемент М 42,5Б, речной песок МК-2.0, щебень фракции 5-20 мм Тургоякского месторождения (г. Миасс), химическую добавку (пластификатор) "Штайнберг УПБС-МБ", воду затворения в пропорциях согласно таблице 1. Для определения предела прочности на раздавливание бетон формуют в виде кубов с ребром 10 см. После затвердевания производят распалубку образцов. Образцы подвергают твердению в нормальных условиях в течение 28 суток. Предел прочности на сжатие определяют согласно ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам». Предел прочности на сжатие составил 51.8 МПа.
Пример 2. (по прототипу). Бетонную смесь готовят аналогично примеру 1. В качестве добавки используют отработанный микросферический цеолитсодержащий катализатор крекинга. Добавку вводят как замену 15% от массы цемента. Состав смеси приведен в таблице 1. Предел прочности образцов на сжатие составляет 58.4 МПа.
Пример 3. (по прототипу) Бетонную смесь готовят аналогично примеру 1. В качестве добавки используют отработанный микросферический цеолитсодержащий катализатор крекинга. Добавку вводят как замену 20% от массы цемента. Состав смеси приведен в таблице 1. Предел прочности образцов на сжатие составляет 52.3 МПа.
Пример 4. Бетонную смесь готовят аналогично примеру 2. В качестве добавки для замены 15% от массы цемента используют фильтровальный шлам каталитического крекинга с влажностью 58% мас., имеющий следующий состав (в пересчете на сухое вещество): оксид натрия – 3,0; оксид алюминия – 22,7; оксиды железа – 0,6; сульфат натрия – 3,0, оксид кремния - остальное. Состав бетонной смеси приведен в таблице 1. Предел прочности образцов на сжатие составляет 60.9 МПа.
Пример 5. Бетонную смесь готовят аналогично примеру 4. Твердение смеси осуществляют в условиях тепловлажностной обработки в следующем режиме: выдержка до пропаривания при 20±3°С в течение 2 ч; равномерный подъем температуры в камере с образцами до 80±5°С в течение 2 ч; изотермический прогрев при 80±5°С - 6 ч; остывание образцов при отключенном подогреве 4 ч. Предел прочности образцов на раздавливание составил 60.1 МПа.
Пример 6. Бетонную смесь готовят аналогично примеру 4, при этом доля цемента, замененного добавкой, составляет 1%. Предел прочности образцов на раздавливание составил 59.1 МПа.
Пример 7. Бетонную смесь готовят аналогично примеру 4, при этом доля цемента, замененного добавкой составляет 20%. Предел прочности образцов на раздавливание составил 53.9 МПа.
Пример 8. Бетонную смесь готовят аналогично примеру 3, при этом доля цемента, замененного добавкой составляет 25%. Предел прочности образцов на раздавливание составил 49.5 МПа.
Таким образом, полученные образцы бетонной смеси с заменой 15 и 20% от массы вяжущего на добавку фильтровального шлама каталитического превосходят по показателю предела прочности на раздавливание как контрольный образец, приготовленный без добавки, так и образцы, приготовленные по прототипу с аналогичным содержанием добавки.
Бетонная смесь, содержащая портландцемент, заполнитель, пластификатор "Штайнберг УПБС-МБ", воду, отличающаяся тем, что дополнительно содержит минеральную добавку - фильтровальный шлам каталитического крекинга в количестве 1-20% от массы цемента, имеющую влажность не более 58 мас.% и содержащую в пересчете на сухое вещество, мас.%:
оксид натрия | 0,5–4 |
оксид алюминия | 20–45 |
оксиды железа | 0–0,6 |
сульфат натрия | 0–3,5 |
оксид кремния | остальное |