Способ приготовления смеси для строительных изделий и смесь для их изготовления

 

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для приготовления строительного кирпича, плитки, строительных блоков и других строительных конструкций. Технический результат - повышение технологичности получения смеси для изготовления строительных изделий и снижение себестоимости их изготовления. В способе приготовления смеси для строительных изделий, включающем использование в качестве одного из исходных компонентов барханного песка, его обработку другим исходным компонентом и смешение их с остальными компонентами, для обработки барханного песка используют биологически активный компонент, содержащий микроорганизмы, который предварительно смешивают с барханным песком, и выдерживают эту смесь до образования шероховатости поверхности песчинок. Барханный песок можно обрабатывать биологически активным компонентом в течение периода времени от 24 до 180 ч. В качестве биологически активного компонента можно использовать активный ил сточных вод, или отходы биологического производства, или озерный ил - сапропель. Обработку барханного песка биологически активным компонентом можно вести при положительной температуре окружающей среды. Смесь для изготовления строительных изделий, содержащая барханный песок, компонент для обработки песка, вяжущее и воду, в качестве компонента для обработки песка содержит биологически активный компонент, включающий микроорганизмы, при следующем соотношении компонентов, мас.%: барханный песок - 60-75; указанный компонент для обработки песка - 15-30; вяжущее - 5-10; вода - остальное. В качестве биологически активного компонента смесь может содержать активный ил сточных вод, или отходы биологического производства, или озерный ил - сапропель. В качестве вяжущего смесь содержит цемент, золу-унос или измельченные отходы фосфогипсового производства. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано при изготовлении кирпича, плитки, строительных блоков и других строительных конструкций.

Известен способ получения сырьевой смеси для изготовления легкого жаростойкого бетона по авт. свидетельству СССР 1571029, С 04 В 28/34, 1990 г., при котором смешивают ортофосфорную кислоту, шамот, глину и искусственный пористый заполнитель, добавляют барханный песок с удельной поверхностью 2000 см²/г, затем полученную смесь формуют и термообрабатывают при температуре 600^oС. При этом смесь содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: ортофосфорная кислота - 20-25; шамот - 10-30; глина - 5-10; барханный песок с удельной поверхностью 2000 см²/г - 5-10; искусственный пористый заполнитель - остальное.

Нетрудно видеть, что в рассматриваемую смесь вводят в качестве наполнителя мелкий тонкодисперсный барханный песок.

Известно, что барханные пески разных классов по крупности песчинок представляют собой инертный заполнитель, имеющий весьма низкое сцепление (адгезию) со связующим за счет окатанности, отшлифованности поверхности песчинки, что предопределяет также довольно низкий коэффициент внутреннего трения. Поэтому такая смесь по прочности не может удовлетворять требованиям, предъявляемым к несущим строительным конструкциям. Кроме того, приготовление смеси довольно сложно в технологическом отношении, в частности, за счет получения барханного песка с заданными параметрами (удельная поверхность 2000 см²/г). Использование в смеси таких компонентов, как шамот и ортофосфорная кислота, существенно удорожают производство изделий из указанной смеси.

Известен способ получения бетонной смеси по авт. свидетельству СССР 1511241, С 04 В 28/34, 1989 г., включающий перемешивание исходных компонентов при следующем их соотношении, мас.%: фосфатное связующее - 20-40; алюмохромовые отходы нефтехимического производства - 5-15; крупный заполнитель (фосфозит состава, мас.%: фосфатное связующее 20-40, глина 30-60, барханный песок 20-30) - 20-60; барханный песок в качестве мелкого заполнителя - 10-15; глина - остальное. Полученную смесь виброформуют, а затем подвергают термообработке при 300^oС. Для изготовления фосфозита исходные компоненты смешивают до получения однородной массы, пропускают через шнековый питатель с фильерной пластиной, окатывают во вращающемся барабане и термообрабатывают.

В приведенной смеси барханный песок в составе крупного и мелкого заполнителя из-за указанной выше гладкости поверхности взаимодействует с остальными компонентами лишь через угол внутреннего трения, а при наличии влаги дополнительно за счет пленочного сцепления.

При подобном силовом механизме взаимодействия составляющих компонентов изделия из такой смеси способны выдерживать невысокие сдвигающие (касательные) напряжения и практически совсем не будут работать в самостоятельной конструкции на растягивающие напряжения. Поэтому область возможного и эффективного применения смеси достаточно ограничена (забутовка-заполнитель, конструкции оградительного типа сравнительно небольшой высоты). Кроме того, указанная смесь обладает теми же недостатками, что и предыдущая, в части использования дорогостоящих компонентов (ортофосфорная кислота) и низкой технологичности изготовления изделий из смеси.

Известен состав массы для изготовления строительных материалов по патенту СССР 1834876, С 04 В 33/00, включающий золу-унос и активный ил при следующем соотношении компонентов, мас.%: зола-унос - 25-75, активный ил - 25-75. Для изготовления строительных материалов по известному способу золу-унос засыпают в растворомешалку, сюда же из другой растворомешалки подают активный ил в виде разжиженной водой пульпы, массу перемешивают, доводят до необходимого водосодержания, затем формуют изделия, сушат и обжигают.

В указанной массе активный ил используют в качестве пластификатора, повышающего пластичность изделий, а также, благодаря его клеющей способности, в качестве связующего для частиц наполнителя - золы-унос. Однако из-за тонкодисперсной структуры золы ее частицы имеют довольно низкое сцепление между собой и со связующим за счет малой площади и гладкости их поверхности. Поэтому такая смесь по прочности также не может удовлетворять требованиям, предъявляемым к несущим строительным конструкциям. Для повышения прочности изделий из указанной массы они требуют обжига, что удорожает процесс их изготовления. Кроме того, производство строительных изделий с использованием в качестве основного компонента золы-унос целесообразно располагать только вблизи теплоэлектростанций, что сужает область применения такой технологии.

Известен способ изготовления строительного кирпича по патенту СССР 1828459, С 04 В 28/18, 1993 г., включающий смешение песка, извести, фосфогипса, цемента и активного ила в смесителях, силосование или обработку смеси в барабане для образования силикатной массы, формирование изделий (кирпича-сырца) прессованием и их автоклавную обработку.

Согласно способу исходные компоненты смешивают практически одновременно, после чего осуществляют силосование всей смеси, при которой, по существу, происходит обработка частиц песка активной окисью кальция извести. Пульпу активного ила используют при этом только для разжижения образующейся силикатной массы и в качестве пластификатора благодаря клеящей способности ила.

Поскольку время обработки смеси в барабане (силосования) составляет от одного до нескольких часов, те адгезивные свойства, которые приобретает песок в результате воздействия извести на поверхность песчинок, остаются довольно низкими, и прочность получаемого из смеси кирпича-сырца не достигает требуемой нормативными документами для несущих строительных конструкций. Для повышения прочности сформированные кирпичи подвергают автоклавированию в течение 6-8 ч в атмосфере водяного пара под давлением. Кроме того, при подготовке исходных компонентов для смеси необходимо сначала получить известь путем обжига известняка и измельчить ее в шаровых мельницах. Все это снижает технологичность изготовления строительных изделий, повышает трудозатраты и затраты на электроэнергию, а тем самым, и себестоимость продукции.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ приготовления вяжущей композиции по авт. свидетельству СССР 1728178, С 04 В 28/26, 1992 г., включающий измельчение исходных компонентов, обработку одного из них кислотой, смешение их и затворение жидким стеклом, причем в качестве исходных компонентов используют барханный песок, который измельчают до фракции 1-50 мкм и обрабатывают соляной кислотой до окончания газовыделения, и плавленый глауконит, который измельчают до фракции 1-50 мкм и 50-160 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный барханный песок 5-20; соляная кислота 0,5-2,0; плавленый глауконит фракции 1-50 мкм - 10-57, плавленый глауконит фракции 50-100 мкм - 8-18; жидкое стекло - остальное.

Обработка барханного песка в соответствии с этим способом является сложной и дорогостоящей. Действительно, требуется процесс дробления песка и выделения нескольких его гранулометрических фракций, промышленное получение соляной кислоты для обработки песка, получение плавленого глауконита, также требующего измельчения на несколько групп фракций. Все это приводит к низкой технико-экономической эффективности способа, его нетехнологичности и высокой себестоимости.

Изобретение решает задачу повышения технологичности получения смеси для изготовления строительных изделий и снижения себестоимости их изготовления.

Для этого, согласно способу приготовления смеси для строительных изделий, включающему использование в качестве одного из исходных компонентов барханного песка, его обработку другим исходным компонентом и смешение их с остальными компонентами, для обработки барханного песка используют биологически активный компонент, содержащий микроорганизмы, который предварительно смешивают с барханным песком и выдерживают эту смесь до образования шероховатости поверхности песчинок. Для повышения эффективности способа барханный песок обрабатывают биологически активным компонентом в течение периода времени от 24 до 180 ч. При этом в качестве биологически активного компонента используют активный ил сточных вод, или отходы биологического производства, или озерный ил - сапропель, а указанную выше обработку барханного песка биологически активным компонентом ведут при положительной температуре окружающей среды.

Приготовляемая способом по изобретению смесь для изготовления строительных изделий содержит барханный песок, компонент для обработки песка, вяжущее и воду, причем в качестве компонента для обработки песка она содержит биологически активный компонент, содержащий микроорганизмы, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Барханный песок - 60-75 Биологически активный компонент - 15-30 Вяжущее - 5-10 Вода - Остальное В качестве биологически активного компонента смесь содержит активный ил сточных вод, или отходы биологического производства, или озерный ил - сапропель.

В качестве вяжущего смесь содержит цемент, золу-унос или измельченные отходы фосфогипсового производства.

Сущность изобретения состоит в том, что предварительно, до начала приготовления смеси, барханный песок в естественном состоянии смешивают с биологически активным компонентом (например, илом сточных вод очистных сооружений, или отходами биологического производства, или сапропелем, или отходами пищевой, консервной, мясомолочной промышленности) и выдерживают под его воздействием в течение времени, необходимого для образования на гладкой, окатанной поверхности песчинок барханного песка неровностей глубиной не менее 5-10% среднего диаметра песчинки для того, чтобы обеспечить после затвердения строительной смеси активное сцепление (адгезию) связующего с наполнителем и работу конструкции в любых, в том числе сложных напряженных состояниях.

Как известно, ил сточных вод представляет собой суспензию, образующуюся после отстоя канализационных стоков на станциях водоочистки городских очистных сооружений либо после отстоя жидких отходов сельскохозяйственного производства, например животноводческих ферм и птицефабрик. В качестве биологически активного компонента могут быть использованы также отходы биологического производства, например, при производстве пищевых биодобавок, а также озерный ил (сапропель). Такая суспензия, помимо органических компонентов (протеинов, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот) и ряда неорганических соединений, содержит скопление большого количества микроорганизмов (бактерий, грибов), которые вместе с продуктами их жизнедеятельности образуют аморфный коллоид.

В качестве наполнителя, кроме барханного, может быть использован и дюнный песок, который характеризуется той же гладкой, окатанной, приближающейся к сферической, поверхностью. Эти пески содержат в своем составе, в основном, оксиды кремния, а также оксиды алюминия, железа и другие неорганические соединения.

При перемешивании биологически активного компонента с барханным песком упомянутые микроорганизмы оседают на гладкой поверхности песчинок и разъедают ее, причем не равномерно, а с образованием на ней неровностей в виде отдельных углублений и канавок, изменяя форму песчинок и создавая шероховатость их поверхности, то есть увеличивая ее общую площадь. При этом между частицами песка возникают не только силы сцепления и внутреннего трения, но и зацепление выступов и впадин песчинок друг за друга. Одновременно на поверхности частиц песка откладываются продукты жизнедеятельности бактерий, обладающие клеящими свойствами, что дополнительно увеличивает адгезию песка к вяжущему компоненту смеси. В конечном счете, все это и приводит к увеличению прочности изделий, изготовленных из такой смеси.

Глубина образующихся неровностей зависит от времени биохимического воздействия активного компонента.

Как показали проведенные исследования, наиболее эффективно биохимическая обработка песка биологически активным компонентом происходит в течение 24-180 ч. При этом адгезивные свойства песка интенсивно повышаются, и прочностные характеристики образцов изделий, изготовленных из смеси, резко возрастают. Более длительная обработка песка не создает существенных улучшений адгезии и экономически не целесообразна. При времени силосования песка с активным компонентом менее 24 ч глубина неровностей на поверхности частиц песка оказывается ниже 5-10% от среднего диаметра песчинок, эффект зацепления их друг о друга остается выраженным слабо, и прочность образцов изделий из смеси оказывается недостаточной для несущих конструкций. График зависимости прочностных характеристик образцов от времени силосования смеси песка и биологически активного компонента представлен на чертеже.

Способ осуществляют следующим образом. Исходные компоненты смеси - барханный песок, биологически активный ил очистных сооружений и вяжущее (например, цемент, его дешевые заменители или отходы производства, такие как фосфогипс, зола-унос и др. ) складируют на крытой бетонной площадке. По конвейеру барханный песок и ил подают в смеситель с активным перемешивающим ротором, где смесь перемешивают до однородной массы с добавлением, при необходимости, воды, обеспечивающей ее пастообразное подвижное состояние. Соотношение исходных компонентов по массе устанавливают в зависимости от требуемых свойств смеси.

Затем перемешанную смесь выгружают из смесителя в приемную емкость для силосования, в процессе которого происходит биохимическая обработка поверхностей барханного песка с образованием на них неровностей (канавок, углублений, шероховатости). Выдержку смеси в емкости для силосования в зависимости от температуры окружающего воздуха, назначения строительных материалов и интенсивности биохимических реакций осуществляют от 24 до 180 ч. Для обеспечения эффективного протекания биохимических реакций процесс силосования ведут при положительной температуре окружающего воздуха, например, от 10 до 25^oС.

Перед формовкой строительных изделий смесь, прошедшую процесс биохимической обработки (силосования), снова загружают в смеситель с активным ротором, добавляют вяжущее и воду в пропорциях, регламентируемых технологией производства строительных изделий соответствующего назначения, перемешивают, выгружают в транспортную тару и подают на линию формировки строительных изделий. После затвердевания полученных изделий процесс эрозии барханного песка прекращается естественным образом. При необходимости полученные изделия могут быть подвергнуты дополнительной обработке термическим или химическим путем, но на прочностных свойствах это существенно не отражается.

Примеры количественного состава смесей приведены в табл.1, а их прочностные свойства - в табл.2.

Заявленный способ приготовления смеси для изготовления строительных изделий по сравнению с прототипом и другими известными способами отличается сравнительной простотой и технологичностью его осуществления, доступностью применения комплексной механизации процессов приготовления, а также высокой экономичностью, в частности, за счет неограниченных запасов бросового естественного сырья, каким являются барханные пески в странах Средней Азии, Ближнего Востока, Северной Африки и др. Технические показатели и качество строительных изделий, изготовленных из смеси, приготовленной предлагаемым способом, значительно выше, чем изготовленных из смесей по известным технологиям.

Формула изобретения

1. Способ приготовления смеси для строительных изделий, включающий использование в качестве одного из исходных компонентов барханного песка, его обработку другим исходным компонентом и смешение их с остальными компонентами, отличающийся тем, что для обработки барханного песка используют биологически активный компонент, содержащий микроорганизмы, который предварительно смешивают с барханным песком и выдерживают эту смесь до образования шероховатости поверхности песчинок.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что барханный песок обрабатывают биологически активным компонентом в течение периода времени от 24 до 180 ч.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве биологически активного компонента используют активный ил сточных вод, или отходы биологического производства, или озерный ил - сапропель.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку барханного песка биологически активным компонентом ведут при положительной температуре окружающей среды.

5. Смесь для изготовления строительных изделий, содержащая барханный песок, компонент для обработки песка, вяжущее и воду, отличающаяся тем, что в качестве компонента для обработки песка она содержит биологически активный компонент, содержащий микроорганизмы, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Барханный песок - 60 - 75 Указанный компонент для обработки песка - 15 - 30 Вяжущее - 5 - 10
Вода - Остальное
6. Смесь по п.5, отличающаяся тем, что в качестве биологически активного компонента она содержит активный ил сточных вод, или отходы биологического производства, или озерный ил - сапропель.

7. Смесь по п.5, отличающаяся тем, что в качестве вяжущего она содержит цемент, золу-унос или измельченные отходы фосфогипсового производства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2