Способ обработки кварцевого песка
ОП ИСАНИЕ 981276
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
Союз Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 16. 01. 81 (21) 3239883/29-33 с присоединением заявки М (23) П риоритет (53}М. Кд.
С 04 В:13/00
С 04 В 13/12
С 04 В 31/02, Ьеударетаанный квинтет
СССР не данаи нзабретеннй н .еткрытнй
/ (53} УДК 666.974. .2(088.8) Опубликовано,15. 12 . 82 . Бюллетень М 46
Дата опубликования описания 17 . 12 .82
А.И. Бережной, Л.Н. Овчаренко, Б.И. Радви
С.С. Комиссарчик и В,И. Ткаченко (72) Авторы . изобретения "»», I
-;: .,) -;..;
f
I, Харьковский ордена Ленина политехнический им. В.И. Ленина и,Украинский научно-иссле институт газовой промышленности »»» (7I) Заявители (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ КВАРЦЕВОГО ПЕСКА
Изобретение относится к строительству, а более конкретно к технологии силикатных материалов, и может найти применение в процессах крепления глубоких буровых скважин и в производст5 ве строительных изделий.
Известен способ обработки песка в целях его активации путем механической обработки в смеси с цементом и раствором извести (1 3. в
Активация поверхности песка дости- . гается ввиду удаления загрязнений с поверхности заполнителя, невелика и сравнима с повышением активности заполнителя после его отмывания от глинистых и органических примесей.
Кроме того, осуществление этого спо" соба активации возможно. только в процессе приготовления -бетонной смеси, 2о что усложняет технологический процесс.
Известен способ обработки песка в целях его активации путем измель1 чения его вплоть до частиц коллоидных размеров 3 2 3
Аморфизация поверхности, т.е. искажение кристаллической решетки в поверхностных слоях зерен при -тонком измельчении способствует повышению реакционной способности песка.
Однако промышленное осуществление этого способа затруднено ввиду отсутствия на предприятиях специального оборудования.
Наиболее близок к изобретению способ обработки кварцевого песка, включающий нагревание песка и последующее охлаждение раскаленного песка водой. Активация песка достигается за счет увеличения его поверхности при
:растрескивании зерен (3 ).
Недостатком известного способа является .то, что в результате помола песка до заданной дисперсности эффект его активации уничтожается.при равной поверхности продуктов помола активированного и обычного песков.
3 98127
Химическая активность молотого леска имеет большое значение в цемент но-песчаных композициях, например, для крепления буровых скважин, где низкая активность кварцевого наполнителя существенно ухудшает физико-механические свойства бетона.
Цель изобретения - повышение реакционной способности песка.
Поставленная цель достигается способом обработки кварцевого .песка, включающим нагревание песка и после,дующее охлаждение раскаленного песка водой, нагревание песка осуществляют до температуры 1000-1200 С, а после охлаждения песок измельчают до удельной поверхности 2800-3500 см2/г.
Микроскопическое изучение в иммерсии образцов кварцевых зерен, предварительно подвергнутых нагреву при 20 разных температурах и охлаждению в воде (закалка ) показало, что зерна, закаленные в интервале температур
1000-1200 С, содержат кварц e cL-форме. В результате резкого охлаждения кварцевых зерен, нагретых до этих температур, перестройка кристаллической решетки из d- e p форму не успева ет произойти, элементы с -формы замораживаются и сохраняются в метаста- ЗО бильном состоянии при низкой температуре. Метастабильное состояние кварцевых зерен обуславливает их высокую реакционную способность. В отличие от известного способа, операция помола 1 песка, закаленного при высоких температурах, не устраняет эффект повышения
его реакционной способности. В рассматриваемом случае этот эффект связан не с увеличением поверхности зерен песка, а со структурными измене" ниями кристаллической решетки кварца, Влияние закалки на химическую активность кварцевого наполнителя исследовалось в цементно-песчаных составах, предназначенных для тампонирования глубоких газовых скважин.
Активированный наполнитель готовят следующим образом.
Кварцевый песок Безлюдовского мес- о торождения нагревают со скоростью
200-250 С/час до температуры 100-1200С и выдерживают 2 ч при заданной температуре, затем в раскаленном состоянии высыпают в воду. Максимальная температура нагрева песка не должна превышать 1200ОС, иначе наступает спекание зерен. После охлаждения песок высушивают и измельчают до удельной поверхности цемента (5 = 2800-3500 см /
/r). Затем кварцевый наполнитель смешивают с портландцементом в различных соотношениях и затворяют водой. Для испытаний. готовят образцы-балочки размерами 4 х 4 х 16 см.
Образцы твердеют 10 ч в автокпаве при температуре 100 С и давлении
500 атм. Влияние температуры нагрева кварцевого песка на свойства бетонного камня указаны в табл. 1.
Из табл. 1 .следует, что существенная реакционная способность песка наступает в интервале. температур 10001200 С. Это согласуется с данными микроскопических исследований, которые подтверждают преобладание кварца в о=форме., Из табл. 1 следует также, что закалка песка при температуре, превышающей 1200 С, сопровождается снижением прочности и возрастанием газопроницаемости цементного камня. Это можI но объяснить увеличением содержания о ;тридимитовой фазы в кварце, нагретом до температур, превышающих
1200 С. Удельный объем cL-тридимита значительно превышает объем кварца в с форме, что приводит к растрескиванию кварцевых зерен, т.е. появлению в них сети тончайших трецин. Это сопровождается снижением механической прочности и плотности цементно-песчаных образцов.
Влияние скоРости нагрева до температуры 1200 С на свойства (Ьтонного камня указано в табл
Как следует из данных табл, 2, скорость нагрева песка не влияет существенно на газопроницаемость цементного KBMHR, С точки 3pPHNR прочности образцов оптимальной является скорость нагрева в пределах 200250 С/час> что вероятно, соответствует наиболее полной перестройке кварца в высокотемпературную фазу.
Влияние удельной поверхности закаленного при 1200 С молотого кварцевого песка на свойства бетонного ..амня указано в табл. 3, иэ которой следует, что нижним пределом дисперсности молотого песка после охлаждения является 2800 см /г. Ниже этого преде2 ла цементно-песчаный раствор плохо удерживает воду (увеличивается водоотдача раствора ), что приводит к увеличению пористости и гаэопроницаемос5 983276 6 ти бетонного камня, а также к сниже- го камня указано в табл. Й, из котонию его прочности. рой следует, что наиболее оптимальПомол песка до дисперсности выше ным является состав тампонажного раст3500 см /г также снижает механичес- вора, включающий 20-303 кварца -в и кие характеристики цементного камня, з Ы-форме. так как удельная поверхность песка Активация песка позволяет повысить становится настолько велика, что по- раннюю прочность цементного камня в является большое количество зерен, средйем на 204, а газопроницаемость песка, не контактирующих с цементом. снизить в 2-3 раза.
Это снижает прочность и плотность цементного. камня. Применение предлагаемого способа
Цлияние состава компонентов тампо- позволяет повысить плотность и прочнажного раствора на свойства бетонно- ность цементного камня.
98) 276
1
1 I
Щ
1 1
Ф Ф
Х 30
Ф
У X
O 3cg o х з )Л
Ю л
СЧ
СЧ
СЧ сч л
» а -а
-Ф
° е
СО
Ю.
Об а
Q !
О СЧ
Ю Ю
Л 1 л
° е м
СХ
lg O
I
1 Э
1 X
О
1 Y
1 ео зо »
»
О а
Ф
К
1„ с
Ю
CV
СЧ о о
СЧ
Lh С)
М е
1 1
СЧ
Ln .О м -Ф
I I
СЧ CV
Ю о
СЧ
Ф и б
X C
Y о g. °
1 .I- 1
I I !
I о
С;
X 1 Ф
Е I
I I Ig
xtz
Ю
ССЪ
CD Ю
1 1
СЧ CV а ь
О Ln
1 1
СЧ ао
3СЪ
Ю
lA
СС
X
Щ
У о
"Ю м, ° еС е (ССб X
) О
X о
A. CD
1
1 I
I
1
1 I
1
1
I
1 lg
Cl ф о
3v
Eg
2i
С1 !
Ф
333
O.
Ig
С ь m м 0
СО
° е ее
CD
CV I о
I о
)X
Э
Э
=С
СЧ
00 л
3
1 .1
Cg а о
l6
IО
Щ
CL о
СЧ CV
I» О о
Ф
=Т, X
X о
C о
lg ° ее
1 .33
3)- o
X y
X Э
=Т fg
X У
0 е у а
1
1
I
1 б
1, 1
1 о9
О
l Ф . I ф
1
I Ф а :о
1 ф
I о
1 Ф а
I ф
I
) Iv
1 о
1
t, .
I
1
1
I !
1 о
1 О 1
1-4 1
l a I
3 — — 4
1 Ю 3 о м t
1 е
3» — 4
t О I
I Ю I
СЧ 1
1 1
3- — . о о
I e- I
1 е» I
3 — 4
1 О I
I CD I
1 Ю 1
3 е — 1 ! 3 о о
CD I
3 — 4
1 CD I
I О I
I ъо 1
1v о
X х
I 1
1 1
1 1
° е О щ 3 ао о х ф
1- X
V Э
Cg X а Ф
=Г
Щ
З .33
Ф 3cX v
3- О о х
О 3сс о о с ф C
1 I
° е
Ф а
:ь
t"
fD
С33 с
Э
IQ. с х
3 а
Э ф о
1 I о
X с
Ф
СЕ
0 о
1 I
I 1
1, СЧ
I 1
LA
СЧ 3
2 N
)» С4 о х с о
° °
LA
I СЧ !
2ь
I Ю
I . во
Щ ф X х
cg c
Ф 333
IQ Y
Y М о
О 33
Ф
C In
СГ\
С4 1
1 I
1. 1
CD о
LA л
I I
1 I
I . 1
CI АВ 1
ОС»:
X !CYX:!
Ig I 1 х I
1 I е — — е
1. 1 I
О 1 I
X 1 1
Х I 3
Об "СХ I
ЫX
I, 1 I
СО Ф М СЧ
° е, A
Ч) m м м
I 1 1
СО л е» 1
1
CV а
-Ф I
I.1
1.
I!
1 1
I
1
1 1
I
1 1
I
I I
3 а !
СЧ 1
I
I t
3
I I
I
1 1
1 б
I 1
I 1
1
1
I
1 е
l а а 3
Лбс= е
1 3 1 1
У 3=.3 СС) Ь!
О
Таблица 2
981276
Состав раствора, вес.3
Иеханические характеристики бетонного камня
Температура закалки, С
Цемент
Песок (3000 см /г
К, Ид мсх»
ИПа
Ф »
1200
18,3
150
75
3>5
3,3
То же
200
18,4
18,4
3,4
250 и
3,4
18,1
300 ив
«и»
3,7
1300
200
18,0 к и»
4,2
-ц
1400
17;8
Таблица 3
Удельная поверхность молотого песка, см /r
Иеханические характеристики
Параметры раствора в г/см см /30 с
В! см
Газопрони- Рс цаемость, ИПа
Ид
2500
1б2
18 1 67 26 l7 1,78 24
18,3
2800
18 1,82 18
18 1,88 12
3,3
3500
«и к
15,8
4000
«н и
Сроки схватывания при 100 С (ч-мин ) Состав раствора, вес.i
Параметры раствора
Ь, см /30 с
Ь, см
Песок., молотый до удельной ловерхности 0 = 3000 см /r цемент
Начало
Конец без закалки закалка при
I200oC
24 .182 27
21 1 79 27
22 1,82 24
19 1,&1 23
20 1,79 22
20 . 1,83 20
2-20
1"50
2 20 7 4 20 3 2 7
1-50
2-20 6 0 23 2 3,4
1-45
2-30
1-55
2-10
1-50
2-10
2 35 9 0 15 2 1,6
Состав раствора, вес,9
Цемент Песок
IOO
85 15
85.
&О 20
75 25
Скорость нагрева песка перед закалКОЙ, С/час
Таблица ве»й
Неханические характеристики цементного камня
° О
" с к «are
Нд Нпа япа
5,6 22,2 3,2
8,5 17,4 2,2
3,8 21,8 3,5.12
981276
se aeikiks«ianna»
,Состаа растеора, аес.
Механические характеристики цементного камня
Параметры раствора
Сроки схватывания при 100 С (ч"мин ) — ч
Песок, молотый до удельной йоаеркмости S 3000 см2/г
D, см
Ь, см /30 с
1 г)см
Начало
Конец
4 сеi
МПа
К, Мд
4О беа закалки закалка при
1200 С
1 маг
МПа
18, 1,83 20 1-50 2-00
18,6 3,0
25
3,2
70 30 20 -1178 .19 2-10 2-40 9,4 16,6 1,8
2 20 2 6 18 4 2 6
21 1,83 20
1"""50. 50
220 43 147 22
22. 1 84 21
2"00
50 а ам «а б фа а »
Источники инФормации, принятые so внимание при экспертизе
Формула . изобретения
Способ обработки кварцевого песка, включающий нагревание песка и последующее охлаждение раскаленного песка водой, отличающийся тем, что, с целью повышения реакционной способности песка, нагревание песка .осуществляют до температуры 1000 1200 С, а после охлаждения. песок измельчают до удельйой поверхности 28003500 см /г. 30
1. Авторское свидетельство СССР
М 393235 „ кл. С 04 В 13/00, l974.
2. Ходаков Г.С. Тонкое измельчение строительных материалов, И., Стройиздат, 1972, с. 55.
3. Авторское свидетельство СССР и 32363, кл. С 04 В l3/12, 1931 (прототип).
Составитель И. Хитрова
Редактор Н. Швыдкая Техред M.Надь Корректор И
Заказ 9613/32 Тираж о41, Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
И ОД Иосква Ж-35 Раушская наб да.. 4/$
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 50 50 23 1 86 22 2"20 2-40 11>3 12,4 2>2
