Золоминеральная смесь для зологравия
Владельцы патента RU 2410342:
Государственное Унитарное Предприятие "Водоканал Санкт-Петербурга" (RU)
Изобретение относится к области производства строительных материалов. Технический результат - расширение сырьевой базы для изготовления строительных золоматериалов за счет применения золы от сжигания осадка сточных вод при условии увеличения объемов утилизации указанной золы, улучшение экологии путем сокращения объемов складирования золы на полигоне и использования этой золы для изготовления зологравия, а также снижения уровня выщелачивания солей тяжелых металлов в окружающую среду. Золоминеральная смесь для зологравия включает, мас.%: песок фр. до 3 мм 10-15, золу от сжигания осадка сточных вод с удельной поверхностью 200-300 м2/кг, насыпной плотностью 0,7-0,8 м3, содержанием SiO2 50-60% и водородным показателем рН 12-13,5 60-65, портландцемент не ниже 400 9-12, нефтяной дорожный битум 8-10; вода 10-15 от массы смеси. 2 табл.
Изобретение относится к области производства строительных материалов, а более точно - зологравия на основе золы, полученной при сжигании осадка сточных вод, для строительства дорог, фундаментов, промышленных площадок, а также для изготовления строительных изделий, конструкций и т.п.
В Санкт-Петербурге в результате сжигания осадка сточных вод в больших объемах производится зола.
В настоящее время заводом по сжиганию осадка сточных вод выпускается ~20000 т золы в год, а в ближайшее время производство золы будет составлять около 35000 т золы в год.
В связи с этим проблема утилизации золы, разработки, изготовления и использования продукции на ее основе и, в частности, строительных золоматериалов в народном хозяйстве является важной задачей.
Актуальность использования золы при изготовлении строительных золоматериалов усиливается тем, что эту золу в настоящее время бесполезно захоранивают на полигонах. Содержание таких полигонов требует высоких материально-технических затрат. Кроме того, зола содержит соли тяжелых металлов, которые в несвязном состоянии выщелачиваются в окружающую среду и нарушают требования по обеспечению экологической безопасности.
В связанном же состоянии эти соли выносятся в окружающую среду в объемах, не превышающих допустимые нормы.
Известен состав бетонной смеси, включающий в качестве наполнителя золу-унос (заявка на изобретение РФ №2004126393 от 2006.02.10). Этот состав включает цемент, воду, а в качестве наполнителя - золу-унос, отвальные металлургические шлаки и горелые породы терриконов при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Цемент | 10-15 |
| Зола унос | 5-8 |
| Отвальный металлургический шлак | 35-40 |
| Горелые породы терриконов | 35-40 |
| Вода | Остальное |
Недостатками этого состава является содержание относительно низкого процента золы, т.е. малый объем ее утилизации, а также необходимость изготовления бетонной смеси преимущественно в месте размещения металлургических производств, являющихся поставщиками металлургических шлаков и горелых пород терриконов.
Известен состав закладочной смеси, включающий в качестве наполнителя золу теплоэлектроцентралей (заявка на изобретение РФ №2005120480 от 2007.01.10). Этот состав включает цемент, молотый гранулированный шлак, воду, а в качестве наполнителя используется техническая сера, модифицированная йодом, и зола ТЭЦ, предварительно сплавленные друг с другом при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
| Цемент М300Д20 | 4,2-7,0 |
| Сера | 29,26-19,4 |
| Зола ТЭЦ | 15,24-10,1 |
| Гранулированный шлак | 26,7-39,6 |
| Йод | 0,0058-0,0038 |
| Вода | Остальное |
Недостатками этого состава является то, что в качестве наполнителя используются значительное количество дорогой технической серы, модифицированной йодом, а также гранулированный шлак, являющийся отходом производства, размещение которого не всегда адекватно месту изготовления закладочной смеси.
Кроме того, этот состав содержит относительно малое количество золы с позиции ее утилизации.
Наиболее близким по техническому решению, принятым за прототип, является золоминеральный состав для получения асфальтобетонной смеси (патент РФ 1144999).
Эта смесь включает наполнитель, золу и связующие при следующем соотношении компонентов, мас.%.
| Битум | 6,8-8,0 |
| Песок | 73,0-75,0 |
| Зола уноса | 7,12-10,35 |
| Керамзитовая пыль | 2,38-3,45 |
| Песчаный портландцемент | 5,2-9,5 |
Недостатками описанного выше золоминерального состава являются:
- относительно малое количество золы, с позиции ее утилизации, включенное в состав золоматериала;
- недостаточное количество связующих, препятствующих выщелачиванию солей тяжелых металлов из золоматериала в окружающую среду.
В основу настоящего изобретения положена задача создания золоминеральной смеси для изготовления зологравия, применяемого в строительстве, при условии увеличения объема утилизации золы, полученной от сжигания осадка сточных вод, и расширения сырьевой базы для изготовления строительных материалов, отвечающих требованиям экологической безопасности.
Поставленная задача решается тем, что смесь в качестве наполнителя содержит песок фр. до 3 мм, а в качестве золы - золу от сжигания осадка сточных вод с удельной поверхностью 200-300 м2/кг, насыпной плотностью 0,7-0,8 т/м3, с содержанием SiO2 - 50-60% и рН 12-13,5, а в качестве связующих - битум и портландцемент при следующем соотношении компонентов, мас.%.
| Песок фр. до 3 мм | 10-15 |
| Зола от сжигания осадка сточных вод | 60-65 |
| Нефтяной дорожный битум | 8-10 |
| Портландцемент не ниже 400 | 9-12 |
| Вода от массы смеси | 10-15 |
Новыми отличительными признаками, заявленными в изобретении, являются:
- Увеличение содержания золы от сжигания осадка сточных вод до 60-65% позволяет увеличить объемы утилизации золы, производящейся в избыточных количествах.
- Введение портландцемента до 9-12% вместо песко-портландцемента и уменьшение объема песка до 10-15% обеспечивают прочность зологравия, а также химическую связь цемента и золы, включая соли тяжелых металлов, находящиеся в золе, в структуру, препятствующую их выщелачивание в окружающую среду и повышающую экологическую безопасность зологравия.
- Введение в состав зологравия нефтяного дорожного битума в объеме 8-10%, являющегося тонкодисперсным заполнителем пор этого золоматериала, обеспечивает его высокую водостойкость. В свою очередь высокая водостойкость зологравия обеспечивает его устойчивость в условиях замораживания и размораживания, а также изменения влажности окружающей среды.
По сведениям, имеющимся у авторов, приведенные отличительные признаки являются новыми и в технической литературе не представлены. Совместное их применение в заявленном изобретении позволяет получить требуемый положительный результат.
Техническим результатом заявленного изобретения являются:
- Расширение сырьевой базы для изготовления строительных золоматериалов за счет применения золы от сжигания осадка сточных вод при условии увеличения объемов утилизации этой золы.
- Улучшение экологии за счет сокращения объемов складирования золы на полигоне и использования этой золы для изготовление зологравия, а также снижения уровня выщелачивания солей тяжелых металлов в окружающую среду.
Изготовление золоминеральнои смеси и зологравия из этой смеси осуществляется преимущественно в месте производства золы в следующей последовательности:
- Приготовление состава, включающего золу, песок и цемент. Полученный состав перемешивают и нагревают до 100-120°С. В полученную смесь добавляют жидкий битум и перемешивают, затем в эту смесь добавляют воду в количестве 10-15% по массе, и полученный состав перемешивают.
- Подача готовой смеси на транспортер и с транспортера - в формовочную машину для формирования зологравия.
- Подача зологравия с помощью питателя из формовочной машины в камеру пропаривания, оснащенную многоэтажным транспортером.
- Твердение зологравия в пропарочной камере под воздействием пара при температуре 150-200°С.
- Подача зологравия из пропарочной камеры на транспортер охлаждения и с этого транспортера - в цех готовой продукции или на транспортное средство для отгрузки заказчику.
В соответствии с изобретением были изготовлены три различных состава для изготовления зологравия на основе золы, полученной при сжигании осадка сточных вод.
Для изготовления предлагаемых составов были использованы компоненты, соответствующие требованиям ГОСТов.
- Песок фр.до 3 мм по ГОСТ 8736-93.
- Нефтяной дорожный битум марки БНД 90/130 по ГОСТ 22245-90.
- Портландцемент не ниже 400 по ГОСТ 10178-85.
- Вода по ГОСТ 23732-79.
В предлагаемом составе была использована зола от сжигания осадка сточных вод с удельной поверхностью 200-300 м2/кг, насыпной плотностью 0,7-0,8 т/м3, содержанием SiO2 - 50-60 мас.%, pH 12-13,5, а в качестве связующих - битум и цемент.
Определение физико-механических показателей образцов зологравия на основе золоминеральных составов (ЗГС-1, ЗГС-2, ЗГС-3) уплотненных по стандартной методике до 30 МПа проводилось после 30 суточного хранения во влажных условиях.
Характеристики зологравия на основе золоминеральных составов ЗГС-1, ЗГС-2, ЗГС-3 представлены в табл.1 и 2.
| Таблица 2 | ||||
| Наименование показателей | По прототипу | Предлагаемый состав | ||
| ЗГС-1 | ЗГС-2 | ЗГС-3 | ||
| Предел прочности при сжатии 20°С, МПа | 4,7-6,5 | 5/8-6,0 | 6,0-6/8 | 6,8-7,5 |
| Предел прочности при изгибе 20°С, МПа | 2,5-3,2 | 2/8-3/2 | 3,2-3,8 | 3,8-4,1 |
| Водонасыщение, % объема | 1,1-2/3 | 1/2-1/3 | 1,1-1,2 | 0/95-1,1 |
| Модуль упругости, МПа | - | 400-450 | 450-500 | 500-600 |
| коэффициент морозостойкости, не менее | - | 0,53 | 0,66 | 0/74 |
Из анализа данных табл.1 и 2 следует, что предлагаемые составы ЗГС-1, ЗГС-2 и ЗГС-3 по своим физико-механическим показателям отвечают требованиям, предъявляемым к строительным материалам, обеспечивая необходимые модуль упругости в пределах 400-600 МПа, прочность на сжатие в пределах 5,8-7,5 МПа, прочность при изгибе 2,8-4,1 МПа, коэффициент морозостойкости 0,53-0,74 и др.
По своему составу материал по сравнению с прототипом отличается увеличенным содержанием золы и, вследствие этого, имеет повышенную утилизационную емкость.
Применение предложенного материала позволяет обеспечить утилизацию золы, получаемой в результате сжигания осадка сточных вод, и расширение сырьевой базы для изготовления строительных материалов, в частности зологравия.
Кроме того, использование предложенного материала на основе золы от сжигания осадка сточных вод, позволяет уменьшить расход ресурсов, связанных со складированием золы на полигоне, которое осуществляется в настоящее время.
Заявленное техническое решение может быть реализовано для изготовления зологравия, используемого, в частности, при строительстве дорог, с использованием доступных материалов и типового оборудования.
Золоминеральная смесь для зологравия, включающая наполнитель, золу и связующие, отличающаяся тем, что смесь в качестве наполнителя содержит песок фр. до 3 мм, в качестве золы - золу от сжигания осадка сточных вод с удельной поверхностью 200-300 м2/кг, насыпной плотностью 0,7-0,8 т/м3, содержанием SiO2 50-60% и рН 12-13,5, а в качестве связующих - цемент и битум при следующем соотношении компонентов, мас.%.
| Песок фр. до 3 мм | 10-15 |
| Зола от сжигания осадка сточных вод | 60-65 |
| Нефтяной дорожный битум | 8-10 |
| Портландцемент не ниже 400 | 9-12 |
| Вода | 10-15 от массы смеси |
