Способ получения гипсоцементно-пуццоланового вяжущего
Владельцы патента RU 2368580:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") (RU)
Изобретение относится к области промышленности строительных материалов и может быть использовано при производстве вяжущих веществ на основе гипсовых вяжущих и портландцемента. Способ получения гипсоцементно-пуццоланового вяжущего включает гидроактивацию портландцемента в присутствии поверхностно-активного вещества ПАВ - лигносульфоната технического ЛСТ или суперпластификатора С-3, карбоната щелочного металла и воды в течение 2-8 минут в активаторе со скоростью вращения вала не менее 3000 об/мин, добавление в полученную смесь полуводного гипса и отработанного силикагеля - отхода газовой промышленности, предварительно измельченного до удельной поверхности не менее 6000 см2/г, и перемешивание до получения однородной массы, при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент - 6-22, полуводный гипс - 40-66, ПАВ - 0,05-0,25, карбонат щелочного металла - 0,05-0,2, указанный отработанный силикагель - 4-10, вода - остальное. В качестве карбоната щелочного металла применяют карбонат натрия или калия. Технический результат - повышение прочности и водостойкости вяжущего, утилизация отработанного силикагеля. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к области промышленности строительных материалов и может быть использовано при производстве вяжущих веществ на основе гипсовых вяжущих и портландцемента.
Известен способ производства гипсоцементно-трепельного вяжущего, включающий помол полуводного гипса, портландцемента, кремнеземсодержащей минеральной добавки и сухого пластификатора, причем помолу подвергаются дополнительно портландцемент, полуводный гипс и дополнительно введенная известь [пат. 2070172, Кл. С04В 28/14, 1996].
Недостатком этого способа является сложность технологического процесса и большие энерогозатраты, поскольку помолу подвергаются все составляющие вяжущего, низкий коэффициент водостойкости.
Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ получения вяжущего, включающий гидратацию цемента и смешение его с гипсовым вяжущим, причем гидратацию цемента осуществляют при В/Ц=0,5-2 в течение 0,5-8 ч при 20-140°С [А.с. 647276, БИ № 6, 1979 г.]
Недостатком этого способа является невысокие прочностные показатели и низкий коэффициент водостойкости, который не позволяет отнести полученное вяжущее к гидравлическим. Кроме того, необходимо или поддерживать очень высокую температуру, или значительно удлинить процесс приготовления смеси.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение прочностных показателей гипсоцементно-пуццоланового вяжущего (ГЦПВ), увеличение коэффициента водостойкости, решение экологической проблемы - использование отработанного силикагеля, являющегося отходом в процессе осушки природного газа при подготовке к транспорту, превращение его во вторичные минеральные ресурсы при получении строительных материалов.
Сущность изобретения состоит в том, что осуществляют гидроактивацию портландцемента в присутствии поверхностно-активного вещества ПАВ - лигносульфоната технического ЛСТ или суперпластификатора С-3, карбоната щелочного металла и воды в течение 2-8 минут в смесителе-активаторе, внутри которого расположен приводной вал с перемешивающим диском со скоростью вращения вала не менее 3000 об/мин, добавляют в полученную смесь полуводный гипс и отработанный силикагель - отход газовой промышленности, предварительно измельченный до удельной поверхности не менее 6000 см2/г, и перемешивают до получения однородной массы, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| портландцемент | 6-22 |
| полуводный гипс | 40-66 |
| указанное ПАВ | 0,05-0,25 |
| карбонат щелочного металла | 0,05-0,2 |
| указанный отработанный силикагель | 4-10 |
| вода | остальное. |
Полученную смесь используют для получения строительных изделий с возможным добавлением различных заполнителей.
Добавка отработанного силикагеля позволяет связать гидроксид кальция, выделяемый при взаимодействии цемента с водой, в труднорастворимое соединение силикат кальция и вывести его из состава жидкой фазы. Снижение количества СаО в жидкой фазе способствует тому, что вместо трехсульфатной формы (эттрингит) образуется моносульфатная форма, не создающая напряжения в структуре. В результате повышается стойкость вяжущего во влажных условиях и соответственно возрастает коэффициент водостойкости.
Поскольку взаимодействие силикагеля с гидроксидом кальция несколько растянуто во времени, а структура камня в присутствии полуводного гипса формируется очень быстро, то добавляется карбонат щелочного металла, который взаимодействует с гидроксидом кальция с первых минут смешения с образованием слаборастворимого карбоната кальция:
К2СО3+Са(ОН)2=СаСО3+2КОН
Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3+2NaOH
Это способствует повышению прочностных показателей и коэффициента водостойкости гипсоцементно-пуццоланового вяжущего.
Гидроактивацию портландцемента с добавкой суперпластификатора и карбоната щелочного металла производят в течение 2-8 минут в активаторе со скоростью вращения вала не менее 3000 об/мин. Такая скорость обеспечивает турбулизацию смеси, диспергацию цементных зерен, увеличение активных центров на их поверхности, ускоряет процесс взаимодействия цемента с водой. При скорости менее З000 об/мин не обеспечивается достаточная турбулизация смеси.
Данное время гидроактивации обусловлено тем, что при активации менее 2 минут уменьшается коэффициент водостойкости, а при активации более 8 минут происходит незначительное увеличение прочности образцов.
Пример конкретного выполнения по составу № 2
В активатор загружают 170 г (14%) портландцемента М600, 1,8 г (0,15%) суперпластификатора С-3, 1,8 г (0,15%) карбоната натрия, 300 мл (24,7%) воды и производят гидроактивацию в течение 5 минут при числе оборотов вала 3000 об/мин. При числе оборотов вала 3500 турбулизация более полная, но прочность образцов увеличивается незначительно, а затраты электроэнергии значительно возрастают. Смесь выгружают в смеситель, куда добавляют 660 г (54%) строительного гипса, 86 г (7%) отработанного силикагеля с удельной поверхностью 6000 см2/г и перемешивают до получения однородной массы три минуты. При уменьшении удельной поверхности силикагеля коэффициент водостойкости снижается, а при увеличении удельной поверхности свыше 6500-7000 см2/г наблюдается незначительное повышение прочности, что не оправдывает дополнительных расходов на измельчение. Смесь укладывают в формы-балочки 4×4×16 см, образцы испытывают в различные сроки твердения во влажных и сухих условиях.
Другие составы и их свойства указаны в табл.1 и 2.
Таким образом, нами предлагается новая рецептура ГЦПВ с использованием отработанного силикагеля, отличающаяся достаточной водостойкостью, что позволяет использовать бетоны на его основе не только в сухих, но и во влажных условиях.
| Таблица 2 Свойства образцов на гипсоцементно-пуццолановых вяжущих |
||||
| Составы | Предел прочности образцов при сжатии, МПа | Коэффициент водостойкости | ||
| Через 2 часа | Через 28 суток | |||
| влажных | сухих | |||
| 1 | 18 | 49,4 | 50,9 | 0,97 |
| 2 | 12 | 35,3 | 36,0 | 0,98 |
| 3 | 16 | 33,6 | 35,0 | 0,96 |
| По прототипу | - | 10,9 | 19,1 | 0,57 |
Существенным преимуществом предложенной рецептуры является быстрый рост прочности, что позволяет освобождать изделия из формы через 2 часа без применения энергозатратной тепловой обработки.
Для обоснования экологической безопасности продуктов утилизации отработанного силикагеля проанализирована водная вытяжка образцов-балочек, изготовленных по предлагаемому способу получения ГЦПВ.
Результаты опытов приведены в таблице 3.
| Таблица 3 Характеристика водной вытяжки образцов-балочек |
|||
| Образец | рН | Органические вещества, мг/л | |
| ГЦПВ | Отработанный силикагель | ||
| Без силикагеля | 11,18 | нет | 10 |
| 1 | 8,40 | нет | |
| 2 | 7,87 | нет | |
| 3 | 7,93 | нет |
Из таблицы 3 видно, что рН водной вытяжки продукта утилизации отработанного силикагеля щелочная, а рН водной вытяжки продукта утилизации отработанного силикагеля входит в допустимый интервал от 6,5 до 8,5.
Экстракт водной вытяжки хлороформом по данным тонкослойной хромотографии в отличие от экстракта отработанного силикагеля, содержащего несколько веществ, пятен не дает. Это свидетельствует о надежном капсулировании загрязняющих веществ, не приводящем к трансформации их в окружающую среду, и тем самым о создании экологически чистого продукта утилизации.
Технические и экономические преимущества предлагаемого изобретения заключаются в расширении сырьевой базы. Реализацией предлагаемого способа решается серьезная экологическая проблема - утилизация отработанного силикагеля, являющегося крупнотоннажным производством газовой промышленности. До настоящего времени не найдено применения отработанного силикагеля и после разгрузки адсорберов он направляет на полигоны бытовых отходов на хранение, ухудшая экологическую обстановку. При использовании его в изделиях вредных выделений из них не наблюдается.
1. Способ получения гипсоцементно-пуццоланового вяжущего, включающий гидроактивацию портландцемента в присутствии поверхностно-активного вещества ПАВ - лигносульфоната технического ЛСТ или суперпластификатора С-3, карбоната щелочного металла и воды в течение 2-8 мин в активаторе со скоростью вращения вала не менее 3000 об/мин, добавление в полученную смесь полуводного гипса и отработанного силикагеля - отхода газовой промышленности, предварительно измельченного до удельной поверхности не менее 6000 см2/г, и перемешивание до получения однородной массы, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| портландцемент | 6-22 |
| полуводный гипс | 40-66 |
| указанное ПАВ | 0,05-0,25 |
| карбонат щелочного металла | 0,05-0,2 |
| указанный отработанный силикагель | 4-10 |
| вода | остальное. |
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве карбоната щелочного металла применяют карбонат натрия.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве карбоната щелочного металла применяют карбонат калия.
