Способ подготовки шлакового заполнителя для легкого бетона

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для подготовки шлакового заполнителя при производстве легкого бетона. Способ подготовки заполнителя из топливного шлака для легкого бетона включает дробление топливного шлака на фракции 0,005-0,040 м, его увлажнение до влажности 15-30%, опудривание отходами хризотилцементного производства и обработку пленкообразующей композицией, состоящей из дисперсии ПВА 30-45%, жидкого стекла 45-65% и воды 5-10%. Технический результат – повышение прочности, теплозащитных свойств легкого бетона при пониженном расходе вяжущего. 3 табл.

 

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для подготовки шлакового заполнителя при производстве легкого шлакобетона.

Известны легкие бетоны с применением шлакового заполнителя и подготовкой шлака в качестве крупного и мелкого заполнителя / Элинзон М.П. Шлаки как заполнитель для легких бетонов. - 1959. - С. 92-147; Бужевич Г.А. Легкие бетоны на пористых заполнителях. - M., 1970. - С. 18-31; Волженский А.В., Иванов И.А, Виноградов. Б.Н. Применение зол и топливных шлаков в производстве строительных материалов. М.: Стройиздат, 1984. - С. 49-68; Иванов И.А. Легкие бетоны на искусственных пористых заполнителях. - М., 1993. - С. 60-83; Бурлаков Г.С Технология изделий из легкого бетона. М.: Высшая школа, 1986. - С. 123-161.

Известны способы подготовки шлакового заполнителя в виде шлаковой пемзы (А.С. №334198, 749807, 870368 и др.), путем грануляции (а.с. №122518, 2277516); подготовки в виде кольца (а.с. №247542); приготовления топливосодержащих керамических масс с последующим обжигом (а.с. №580194, 730655, 874709, 925908, 1299997).

Однако данные способы подготовки отличаются большим энергопотреблением в виду необходимости получения шлакового или керамического расплава и сложностью технологического оборудования. Кроме того, получаемые гранулы крупного заполнителя имеют повышенную плотность, что ухудшает их теплофизические свойства.

Наиболее близким является способ получения безобжигового зольного гравия из высококальциевых зол по а.с. №1691345, который позволяет получать крупный заполнитель практически из всех видов высококальциевых зол и золошлаковых смесей, получаемых от сжигания различных видов углей. В этом случае повышение прочности крупного заполнителя осуществляется за счет гашения свободного оксида извести и последующего его твердения.

Однако, для реализации предлагаемой технологии требуется сложное технологическое оборудование (мельницы для помола золы и золошлаковой смеси, нагревательные котлы, смесительные емкости, грануляторы, специальные циркуляционные насосы и др.), обеспечивающие разогрев зольно-водяной смеси до 95°С и длительное перемешивание пульпы в течение 10-15 минут, последующее обезвоживание и грануляцию, а также введение в смесь добавок ускорителей твердения (хлористого кальция, нитрит-нитрат-хлорида кальция, жидкого стекла и др.). Их применение позволяет получать заполнитель с прочностью после твердения 1-2 МПа. Этот способ принят в качестве прототипа.

Данный способ имеет ограниченные технологические возможности и может быть реализован только для высококальциевых зол и золошлаковых смесей. Кроме того, он требует увеличенных затрат энергетических ресурсов.

Задачей данного изобретения является устранение недостатков прототипа, т.е. расширение его технологических возможностей и снижение удельного расхода ресурсов.

В целях более широкого применения топливных шлаков, объем которых достигает сотен миллионов тонн, а также для повышения прочности легкого бетона со шлаковым заполнителем при пониженном расходе минерального вяжущего шлак подвергается следующим подготовительным операциям: дробление на фракции 0,005-0,040 м с последующим увлажнением шлака до влажности 15-30% (в зависимости от начальной плотности и пористости) и обработки (опудривания) отходами хризотилцементного производства для кольматации пор и снижения расхода защитного состава, а также минерального вяжущего при приготовлении легкобетонной смеси. После этого шлаковый заполнитель покрывается полимерсиликатной защитной композицией из дисперсии ПВА (30-45%) и жидкого стекла (45-65%) с добавлением воды (5-10%). Получаемый таким способом шлаковый заполнитель характеризуется низкой насыпной плотностью (450-650 кг/м³), хорошей водостойкостью, нейтральной средой по отношению к цементному вяжущему и длительным сроком хранения. Полученные на основе шлакового заполнителя легкие бетоны отличаются пониженной плотностью (до 600-780 кг/м³) высокими теплозащитными свойствами (коэффициент теплопроводности менее 0,20-0,30 Вт/м⋅°С) при минимальных расходах цемента (до 200 кг/м³) вместо 250-300 кг/м³ для обычного легкого бетона.

Важным воздействующим фактором, влияющим на характер и изменение угла смачивания полимерсиликатной композицией, является исходный состав и добавка определенного количества воды, а также влажность самого шлака. В таблице 1 представлены результаты проведенных исследований по изучению краевого угла смачивания шлака полимерсиликатной защитной композицией.

С точки зрения получения надежного и экономичного защитного покрытия шлака краевой угол смачивания должен находиться в пределах от 25-30° до 40-45°. Такой состав обеспечивает достаточную адгезию с подложкой и в то же время создает благоприятные условия по минимальному расходу компонентов. Таким образом, оптимальная влажность исходного шлака должна быть ограничена 15-30%, что хорошо согласуется с ранее сделанными выводами об оптимальной влажности шлака с точки зрения создания максимальной кольматации открытых пор при минимальном расходе минерального порошка (отходов ХЦП).

С позиций формирования защитного покрытия при минимальной впитывающей способности и при условии обеспечения высококачественной непроницаемой пленки на поверхности заполнителя необходимо, чтобы полимерсиликатная композиция имела ориентировочно краевой угол смачивания в пределах 25-30° до 40-45°. Такие значения угла смачивания могут быть обеспечены при соотношении в составе полимерсиликатной композиции: дисперсии ПВА (30-45%), жидкого стекла (45-65%) и воды (5-10%) по массе. Этот вывод также подтверждается результатами реологических и фотоэлектроколориметрических исследований, подтвердивших высокие параметры защитного покрытия и его адгезии к коре именно в пределах этих соотношений компонентов полимерсиликатной композиции.

Определение поверхностного натяжения защитной композиции осуществлялось по методу измеренной силы, с которой нужно вытянуть кольцо из жидкости. Полученная величина позволяет рассчитать параметры поверхностного натяжения защитной композиции по формулам.

Посчитанные значения поверхностного натяжения полимерсиликатной композиции имели значения 0,64-0,89 Дж/м², т.е. отвечали ранее поставленным требованиям в пределах 0,60-0,90 Дж/м².

Результаты проведенных исследований (табл. 2) по выбору защитной композиции и способу ее нанесения позволяют сделать вывод о том, что рациональной защитной композицией может быть полимерсиликатный состав, содержащий: дисперсию ПВА (30-45%), жидкое стекло (45-65%) и воду (5-15%). Такое соотношение компонентов полимерсиликатной композиции обладает оптимальными показателями вязкости (40-60 с по ВЗ-4) и поверхностного натяжения (0,60-0,90 Дж/м².), что приводит к снижению открытой пористости минерального заполнителя при минимальных расходах композиции и обеспечивает нормальное твердение цементного камня. При подготовке топливного шлака в качестве крупного заполнителя для легкого крупнопористого бетона с целью снижения расхода защитной композиции необходимо предварительно увлажнять шлаковый заполнитель до влажности 15-30% и обрабатывать материалы отходами хризотилцементного производства (ХЦП), а затем использовать полимерсиликатную композицию для создания защитной оболочки.

Для сравнения в таблице 3 представлены свойства легкого бетона на подготовленном заполнителе из топливного шлака, данные которой показывают, что подготовка заполнителя заявленным способом позволяет получить легкий бетон с улучшенными характеристиками. Так, расход цемента снижен в полтора раза, средняя плотность снижается на 20-30%; значительно снижена водопотребность заполнителя вследствие кольматации пор. Это привело к снижению коэффициента теплопроводности и улучшению других свойств. Таким образом, отмечен ряд преимуществ предлагаемого способа подготовки заполнителя из топливного шлака.

Способ подготовки заполнителя из топливного шлака для легкого бетона, включающий дробление топливного шлака на фракции 0,005-0,040 м и обработку пленкообразующей композицией, отличающийся тем, что заполнитель из топливного шлака предварительно увлажняют до влажности 15-30% и опудривают отходами хризотилцементного производства, после чего обрабатывают защитной полимерсиликатной композицией, состоящей из дисперсии ПВА 30-45%, жидкого стекла 45-65% и воды 5-10%.