способ получения гипсоцементно-пуццоланового вяжущего

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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

Na₂CO ₃+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.