Способ получения стеклощелочного вяжущего
Владельцы патента RU 2786468:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" (RU)
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении безобжигового, безавтоклавного и бесцементного вяжущего. Технический результат заключается в повышении механической прочности и водостойкости вяжущего. Способ получения стеклощелочного вяжущего включает измельчение компонентов, формование массы, естественное твердение в форме до достижения распалубочной прочности, тепловую обработку, при этом бой оконного и/или тарного стекла фракции не более 5 мм в количестве 80,5-84,6 мас.% измельчают совместно с водным раствором едкой щелочи и гиперпластификатором Melflux 2651 F, приготовленным в соотношении 100:15:1,2 – вода:едкая щелочь:гиперпластификатор Melflux 2651 F, в шаровой мельнице в течение 6 часов до удельной поверхности 500-550 м2/кг. 2 табл.
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении безобжигового, безавтоклавного и бесцементного вяжущего.
Известно вяжущее, полученное по следующей технологии. Молотое стекло, молотый керамзит или его пылевидную фракцию, полуводный сульфат кальция измельчают до удельной поверхности 3500–4000 см2/г, взвешивают и загружают в смеситель, затем в работающий смеситель вводят раствор едкого натра до получения теста с влажностью 15–20% и в последнюю очередь добавляют отмеренное количество кремнийорганической жидкости и осуществляют перемешивание до получения однородной смеси. Полученную смесь укладывают в форму (кубики с размером ребра 4 см) и уплотняют вибрацией. Отформованные изделия твердеют одни сутки в форме и 10 часов вне форм в условиях термовлажностной обработки при температуре 90oC по режиму 2+6+2 ч (соответственно время подъема температуры до максимальной, время выдержки при максимальной температуре и время сброса температуры от максимальной величины до нормальной) (патент RU 2168480, МПК С04В 28/24, опубл. 10.06.2001). Главными недостатками такого изобретения являются низкая прочность и большая длительность технологического процесса, наличие тепловлажностной обработки с общей продолжительностью 10 часов.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением, принятым за прототип, является способ получения вяжущего, описанный в патенте [ RU 2317959, МПК С04В 7/345, С04В 7/51, опубл. 27.02.2008].
Бой ламп накаливания пропускают через электромагнитный сепаратор, стеклянную фазу измельчают до размера частиц 0,14 мм. Керамзитовый порошок измельчают до размера частиц 0,14мм.
Отдозированное количество предварительно подготовленных молотого стекла, алюмосиликатного компонента и полуводного сульфата кальция подвергаются дополнительному совместному помолу до величины удельной поверхности 3500–4000 см2/г. Затворение вяжущего осуществляют предварительно активированной водой с показателем рН 11÷11,5 с растворенным в ней едким натром. Полученную смесь укладывают в формы и уплотняют вибрацией или прессованием. Отформованные образцы отверждают одни сутки в нормальных условиях, а затем в пропарочной камере при температуре 90°С.
Главными недостатками такого технического решения является невысокая механическая прочность (не выше 16–17 МПа), и длительное время способа получения вяжущего. Подобная технология громоздка и энергоемка.
Задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в разработке способа получения бесцементного, безобжигового и безавтоклавного вяжущего, с высокой прочностью, способного отверждаться при температуре не выше 90ºС в течение короткого времени затвердевания и с высоким коэффициентом водостойкости.
Это достигается тем, что способ получения стеклощелочного вяжущего включает измельчение компонентов, формование массы, естественное твердение в форме до достижения распалубочной прочности, тепловую обработку, отличается тем, что бой оконного и/или тарного стекла фракции не более 5 мм в количестве 80,5–84,6 масс.% измельчается совместно с водным раствором едкой щелочи и гиперпластификатором Melflux 2651 F, приготовленным в соотношении 100:15:1.2 – вода: едкая щелочь: гиперпластификатор Melflux 2651 F, в шаровой мельнице в течение 6 часов до удельной поверхности 500–550 м2/кг.
Характеристика компонентов стеклощелочного вяжущего:
Бой оконного и/или тарного стекла, фракция не более 5 мм – главный компонент вяжущего, усредненный химический состав приведен в табл. 1.
Таблица 1
Среднестатистический химический состав стеклобоя
| Оксиды | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | Na2O+K2O |
| Оконное | 69,0–72,5 | 1,5–4,2 | 0,1–0,8 | 7,5–8,7 | 2,5–3,5 | 13,2–14,0 |
| Тарное | 71,5–73,7 | 0,2–3,3 | 0,8–1,7 | 5,2–9,1 | 0,1–0,6 | 14,0–14,8 |
Щелочь едкая (например, NaOH или KOH), – щелочной активизатор, ГОСТ – Р 55064–2012 Натр едкий технический; ГОСТ 24363–80 Калия гидроокись. Технические условия.
Гиперпластификатор Melflux 2651 F (Производитель: BASF Construction Additives, Германия) – порошковый продукт, полученный методом распылительной сушки на основе модифицированного полиэфиркарбоксилата – оказывает разжижающий эффект на связующую массу, снижает количество воды затворения и одновременно повышает концентрацию щелочи в растворе.
Вода, ГОСТ 23732–2011 Вода для бетонов и растворов. Технические условия.
Бой оконного и/или тарного стекла пропускали через щековую дробилку с размером выходного отверстия щеки 2,5–5 мм. Отвешивали навеску дробленого стеклобоя и погружали в фарфоровую шаровую мельницу. Туда же помещали раствор, содержащий воду, едкую щелочь и гиперпластификатор в соотношении 100:15:1,2. Компоненты подвергались мокрому помолу в указанном помольном агрегате в течение 6 ч до удельной поверхности вяжущего 500–550 м2/кг при среднем размере частиц 4,4-4,6 мкм.
Затем полученное вяжущее подвергалось физико-механическим испытаниям. Для этого полученная масса загружалась в кубические ячейки металлических форм и уплотнялась посредством ударов на встряхивающем столике, при этом наблюдалось увеличение текучести массы. После уплотнения в форме, масса выдерживалась 16–18 часов (до набора распалубочной прочности) и получившиеся после распалубки образцы-кубы направлялись в сушильную камеру, где подвергались тепловой обработке при температуре 85–90ºС в течение 5–6 часов. Результаты испытаний представлены в табл. 2.
Таблица 2
Составы вяжущего и результаты физико-механических испытаний
| № | Состав вяжущего, мас. % | Результаты физико-механических испытаний | ||||||
| Стеклобой | Щелочь едкая | Пластификатор Melflux 2651 F | Вода | Плотность, кг/м3 | Предел прочности при сжатии, МПа |
Коэффициент водостойкости | ||
| в сухом состоянии | в водонасыщенном | |||||||
| 1 | 84,6 | 1,7 | 0,2 | 13,5 | 1802 | 17,48 | 14,74 | 0,84 |
| 2 | 82,9 | 2,0 | 0,2 | 14,9 | 1816 | 21,57 | 18,62 | 0,86 |
| 3 | 82,0 | 2,3 | 0,2 | 15,5 | 1828 | 23,14 | 20,31 | 0,88 |
| 4 | 81,2 | 2,4 | 0,2 | 16,2 | 1835 | 25,83 | 22,93 | 0,89 |
| 5 | 80,5 | 2,6 | 0,2 | 16,7 | 1823 | 22,45 | 20,08 | 0,89 |
| прототип | 70-76 | 4-6 | - | рН 11-11,5 | - | 7,5-17 | - | - |
Согласно полученных результатов, все пять составов показали лучшие результаты по сравнению с результатами прототипа. Из результатов, приведенных в табл. 2, следует, что оптимальным, показавшим наивысшую прочность и водостойкость, является состав № 4.
Применение заявляемого способа позволит получать вяжущее вещество без использования цемента, извести и других обжиговых вяжущих материалов, без применения обжиговой и гидротермальной (автоклавной) технологий, с минимальными затратами энергоресурсов. Общее время твердения (набора максимальной прочности) – 24 ч. Предлагаемое стеклощелочное вяжущее может быть использовано в качестве вяжущего при изготовлении строительных материалов и изделий.
Пример. Бой оконного и/или тарного стекла пропускали через лабораторную щековую дробилку с размером выходного отверстия 2,5–5 мм. Из дробленого стеклобоя отбирали навеску 500 г и загружали в шаровую фарфоровую мельницу. Туда же подавали заранее приготовленный щелочной раствор, содержащий 15 г едкой щелочи и 1,2 г гиперпластификатора Melflux 2651 F, растворенные в 100 мл воды. Стеклобой измельчался в присутствии указанного щелочного раствора в течение 6 ч. За это время происходило одновременное измельчение и модификация стеклобоя по всему объему частиц. В результате получалась вязко-текучая клеящая масса с удельной поверхностью частиц стеклобоя 500–550 м2/кг при среднем размере 4,4-4,6 мкм. Масса загружалась в кубические ячейки металлических форм и уплотнялась посредством ударов на встряхивающем столике, при этом наблюдалось увеличение текучести массы. После уплотнения в форме масса выдерживалась 16–18 часов (до набора распалубочной прочности) и получившиеся после распалубки образцы-кубы направлялись в сушильную камеру, где подвергались тепловой обработке при температуре 85–90ºС в течение 5–6 ч. По окончании тепловой обработки вяжущее имело величину предела прочности при сжатии в сухом состоянии 25,83 МПа, в водонасыщенном – 22,93 МПа при плотности 1835 кг/м3, коэффициент водостойкости 0,89.
Способ получения стеклощелочного вяжущего включает измельчение компонентов, формование массы, естественное твердение в форме до достижения распалубочной прочности, тепловую обработку, отличающийся тем, что бой оконного и/или тарного стекла фракции не более 5 мм в количестве 80,5-84,6 мас.% измельчается совместно с водным раствором едкой щелочи и гиперпластификатором Melflux 2651 F, приготовленным в соотношении 100:15:1,2 – вода:едкая щелочь:гиперпластификатор Melflux 2651 F, в шаровой мельнице в течение 6 часов до удельной поверхности 500-550 м2/кг.
