золоминеральная смесь для зологравия

Формула изобретения

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

Описание изобретения к патенту

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.